2026年4月2日，丹麦技术大学（Technical University of Denmark，DTU）能源转换与存储系（DTU Energy）的Vincenzo Esposito教授领导的研究团队，在全球致力于通过部署更高效的燃料电池引擎来加速交通运输领域能源转型的背景下，展示了一种颠覆性的固体氧化物燃料电池（SOFC）设计架构方法。该团队将功率重量比定义为 SOFC 的关键参数，以将氢动力运输的性能和长续航能力提升到新的水平。基于这一理念，他们开发出一种整体式 SOFC，其内部采用了受自然界启发的薄壁螺旋体（gyroid）几何结构；该结构由氧化钇稳定氧化锆（8YSZ）材料制成，并利用团队近期购入的 Lithoz CeraFab 设备通过增材制造技术打印而成。这项研究工作是与该校建设工程系（DTU Construct）的研究人员合作开展的，其中 Venkata Karthik Nadimpalli 副教授为项目贡献了其在结构化陶瓷材料的力学行为与结构优化方面的专业知识。此次跨部门合作有助于评估这种薄壁螺旋体结构在热工及实际运行条件下的结构稳定性。
在器件层面，该架构展现出的功率重量比接近 1 W/g，而传统的平面式 SOFC 架构通常仅为 0.2 W/g 左右。“这项创新真正实现了从平面堆叠式架构向整体式架构的范式转变。”Esposito 教授解释道。
这种突破性的设计摒弃了传统的平面堆叠模式，对于探索氢动力推进系统的更高功率密度潜力具有极强的颠覆性影响。通过结合超薄的内部壁体设计，并彻底省去传统的互连件与密封剂，该方案不仅大幅减轻了电池重量，有效缓解了热失配与机械应力问题，更显著提升了对可用体积的利用效率。由此创造的紧凑、轻量化的固体氧化物燃料电池，使得人们能够对各类水上、陆上，尤其是航空领域的交通工具所使用的长续航型及超紧凑型氢动力引擎设计，进行彻底的重新构思。
8YSZ 依然是固体氧化物燃料电池（SOFC）领域应用最广泛、技术最成熟的电解质材料之一。凭借其成熟的制造精度与可扩展性，Lithoz 的 LCM 技术在制备这些仿生 TPMS 几何结构方面展现出了极高的重复性，其内部壁厚可达极限薄度，从而天然满足了气体供应的需求。这种“整体式”设计理念之所以能够实现，正是得益于对那些螺旋体单元的精准复制，并辅以密封的外壳框架以确保气密性。
Lithoz 首席执行官 Johannes Homa 补充道：“通过利用 Lithoz CeraFab 打印机制造出具有复杂回旋体（gyroid）几何结构的 8YSZ 整体式燃料电池，DTU 成功摆脱了对传统堆叠式平板电池组中固有的互连件和密封结构架构的依赖。在商业化平板式 SOFC 电池堆中，这些组件历来是制约其提升功率密度的短板；正因如此，它们也一直是人们在追求更优异‘功率重量比’过程中所重点关注的优化对象。凭借这一革命性的整体式设计理念，该方案消除了对电池组出线点进行逐级优化的必要，从而为彻底重塑燃料电池的设计思路铺平了道路。毫无疑问，我们对这一突破将给全球氢能产业带来的深远影响感到无比振奋。”
目前，DTU Energy 团队已顺利完成了该项目的方案设计与测试阶段，正计划将该项目推向工业化规模的应用阶段。
来源：Lithoz
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