丹麦技术大学（DTU）利用陶瓷3D打印技术使氢发动机功重比提升5倍

ü  在未来轻量化氢能系统的竞争中，丹麦技术大学（能源转换与存储系，简称 DTU Energy）的研究人员在功率密度方面取得了重大突破。

ü  “逃离平地”（Escape Flatland）——与传统的堆叠平面层做法不同，该团队彻底颠覆了这一主导范式，他们利用 Lithoz CeraFab 打印系统，打印出了受自然启发、具有薄壁螺旋（Gyroid）几何结构的单一三维整体式燃料电池。

ü  通过使用 Lithoz 全氧化钇稳定氧化锆（8YSZ）作为电解质膜材料，与现有的平面型固体氧化物燃料电池（SOFC）相比，其在设备级别的比功重比（功率与重量之比）提高了五倍。

ü  在确认基于光刻的陶瓷制造（LCM）是一项关键的赋能技术后，DTU 目前正计划将该项目扩展至工业化规模。

哥本哈根 / 维也纳 —— 在全球致力于通过应用更高效的燃料电池发动机来加速交通领域能源转型的背景下，由 DTU 能源转换与存储系（DTU Energy）的 Vincenzo Esposito 教授带领的研究团队，展示了一种能够改变 SOFC 架构设计的颠覆性方法。团队将功重比视为推动氢动力交通工具性能与长续航能力迈向新台阶的关键参数。为此，他们开发出了由氧化钇稳定氧化锆（8YSZ）制成的整体式 SOFC，其具有受自然启发的薄壁螺旋几何结构，并在他们近期购置的 Lithoz CeraFab 设备上完成了打印。

这项工作是与 DTU Construct（机械工程系）的研究人员合作完成的，Venkata Karthik Nadimpalli 副教授在机械性能和架构陶瓷材料的结构优化方面提供了专业支持。此次合作帮助评估了这种薄壁螺旋架构在热学和运行条件下的结构稳定性。

在设备层面，该架构展示了接近 1 W g⁻¹ 的功重比，而传统的平面 SOFC 架构通常只有约 0.2 W g⁻¹。正如 Esposito 教授所解释的那样：“这项创新实现了从平面堆叠到整体架构的真正范式转变。”

这种摒弃传统平面堆叠组件的做法，对进一步探索氢推进技术的功率密度潜力产生了强烈的颠覆性影响。因为薄内壁的结合以及互连件和密封件的取消，导致重量大幅减轻、热失配和机械应力显著降低，同时大幅提高了可用体积的利用率。如今制造出的这种极其紧凑、轻量化的 SOFC，让人们能够全面重新构想针对水上、陆地、尤其是空中各类交通工具的超长续航和超紧凑型氢发动机设计。

Esposito 教授表示：“我们的座右铭‘逃离平地’听起来像是顺理成章的一步，但长期以来这根本无法实现。材料和微观结构的特殊排列需要极高的复杂程度——直到最近，我们才终于获得了能让这一概念变为现实的工具。8YSZ 仍然是 SOFC 中应用最广泛且技术最成熟的电解质材料之一。凭借其成熟的精度和可扩展性，Lithoz LCM 技术在制造这些具有极薄内壁的仿生 TPMS（三周期极小曲面）几何形状时展现出了最高的重复性，从根本上满足了气体供应的需求。这种整体式的概念，只有通过精确复制那些螺旋单元，并添加一个密封外壳框架来维持气密条件才能实现。”

Lithoz 首席执行官 Johannes Homa 补充道：“通过在 Lithoz CeraFab 打印机上实现具有复杂螺旋几何结构的 8YSZ 整体式燃料电池，DTU 成功减少了对传统平面堆叠组件所固有的互连和密封架构的依赖。在商业平面 SOFC 电堆寻求更高功率密度的过程中，这些组件传统上一直是致命弱点（阿喀琉斯之踵），因此也是追求更优功重比时的传统关注焦点。凭借其革命性的整体概念，这些元件消除了逐步优化排气点的需求，为彻底重新构想燃料电池设计铺平了道路。毫无疑问，我们对这将给全球氢能产业带来的巨大影响感到无比兴奋。”

随着 DTU Energy 的设计和测试阶段现已结束，Esposito 教授的团队计划将该项目扩展到工业规模。

关于 DTU Energy

DTU Energy（丹麦技术大学能源转换与存储系）致力于可持续能源技术的材料、设备和系统研究。该系专注于电化学能源转换与存储领域，包括燃料电池、电解槽、电池以及用于下一代能源系统的先进材料。通过将基础材料科学与设备工程和系统集成相结合，DTU Energy 正在开发支持向可靠、可持续能源基础设施转型的关键技术。DTU Energy 与工业合作伙伴及国际研究机构密切合作，致力于将科学发现转化为适用于交通、发电和储能等领域的实用能源解决方案。

翻译人：沈亚皓

来源：https://fuelcellsworks.com/2026/04/06/green-technology/dtu-achieves-5x-power-to-weight-gain-in-hydrogen-engines-using-ceramic-3d-printing