丹麥採珊瑚結構3D列印燃料電池 重量大減75%

丹麥技術大學（Technical University of Denmark）的研究團隊成功開發出一款創新的陶瓷燃料電池，名為「單體迴旋狀固態氧化物電池」（Monolithic Gyroidal Solid Oxide Cell），或簡稱「巨石」（The Monolith）。

這項發明從珊瑚結構中汲取靈感，並利用3D列印技術，打造出一個極度輕巧而強大的能源裝置。透過移除沉重的金屬部件，「巨石」成功減輕了傳統燃料電池超過75%的重量，此一突破有望為航太到再生能源等眾多產業，提供更高效、更永續的動力解決方案。

傳統燃料電池普遍依賴笨重的金屬零件，大幅增加了其重量與結構複雜性。丹麥技術大學開發的「巨石」電池則採用了截然不同的途徑。其完全由陶瓷製成，無需任何重金屬，使其成為一個更輕、更高效的能源。這種設計不僅減輕了整體重量，更提升了燃料電池的「比功率」（specific power），使其非常適合對重量極為敏感的航太領域。

「巨石」的設計核心是一種經過數學最佳化的「三重週期性極小曲面」（TPMS），具體來說是一種「迴旋體」（gyroid）結構。這種獨特的結構能在最小的重量下實現最大的表面積，從而促進氣體高效流動、改善熱量分佈並增強機械穩定性。其最終成果是一個功率重量比極高的燃料電池，每公克可產生超過一瓦的電力。

「巨石」的另一大亮點是其簡化的製造流程。傳統固態氧化物電池需要多個繁複步驟和多種材料，且這些材料會隨著時間推移而劣化。相比之下，「巨石」僅需五個步驟即可製成。這個精簡的流程不僅省去了重金屬部件和脆弱的密封件，也顯著提升了系統的耐用性與可靠性。

在測試中，「巨石」燃料電池展能夠承受高達攝氏100度（180°F）的劇烈溫度變化。這種韌性對於需要在嚴苛環境中穩定運作的應用至關重要。此外，研究人員反覆在發電模式和儲能（電解）模式之間切換，該電池均未出現任何結構性損壞，突顯其堅固性。

在電解模式下，「巨石」產生氫氣的速率比標準型號快了近十倍。這項能力對於再生能源系統尤其寶貴，因為高效的製氫有助於能源儲存和電網穩定。

除了航太領域，這項輕巧而強大的設計也能造福其他尋求高效永續能源方案的產業。隨著全球對更潔淨、更高效能源技術的需求不斷增長，「巨石」無疑是一項有望重塑未來能源樣貌的矚目發明。