丹麦技术大学研究团队在燃料电池领域取得突破：他们首次利用3D打印技术和特殊几何结构设计，研制出一种全新的轻质燃料电池，首次达到航空航天应用所需的比功率指标，或将为航空航天绿色能源应用开辟新路径。相关成果发表于新一期《自然·能源》杂志。这一创新成果标志着燃料电池技术在轻量化与高效能方向迈出了关键一步，为未来太空探索提供了更可行的能源解决方案。

　　燃料电池由金属部件密封和连接，金属部件占系统总重量的75%以上，极大限制了其机动性，也制约了其在航空航天等领域的应用。如果将一架普通喷气客机的70吨燃料替换成相同容量的锂电池，其重量将高达3500吨，结果就是飞机根本无法起飞。这凸显了传统燃料电池在重量控制上的严重不足，而新型设计通过材料革新与结构优化，成功突破了这一瓶颈。

　　此次，研究团队设计出了一种完全由陶瓷制成、通过3D打印制造的新型燃料电池。他们重新设计了固体氧化物电池的结构，采用了“三重周期极小曲面”结构，即自然界蝴蝶翅膀等轻质高强度结构中常见的陀螺体几何，并通过3D打印将其制成全陶瓷燃料电池。这种结构不仅实现了轻量化，更在性能上实现了质的飞跃。

　　这一“单体陀螺体固体氧化物电池”结构坚固、轻巧，并且表面积极大，每克的输出功率超过1瓦，首次达到航空航天应用所需的比功率指标。这一指标的实现，意味着燃料电池在保持高能量密度的同时，大幅降低了自身重量，为航空航天器的设计提供了更多可能性。

　　除重量优势外，新设计在运行性能上同样表现突出。其多孔结构不仅有助于气体高效流通和热量均匀分布，还显著增强了机械稳定性。在电解模式下，该电池的产氢速率是传统设计的近10倍。团队还在极端条件下进行验证，包括经历100℃的温度骤变，并多次在发电与电解模式间切换，电池均保持稳定，没有出现结构损伤。这些测试结果充分证明了新型燃料电池的可靠性与耐用性。

　　研究团队指出，这种韧性对于太空探索尤为关键。以美国国家航空航天局的火星氧气原位资源利用实验为例，目前其依赖超过6吨的庞大堆叠装置。而新设计有望在不足1吨的重量下实现类似性能，显著降低发射成本。此外，该燃料电池的制造过程也较为简化，新型单体陶瓷设计仅需5个步骤即可完成生产，且无需金属部件与密封材料，进一步提升了其经济性与实用性。

（文章来源：科技日报）