Печатные сплошные оксидные клетки, более легкие и более компактные

Команда исследователей DTU переработала топливные элементы SOC, используя 3D -печать и геометрию жироидов. Группа получила определенную мощность, превышающую 1 Вт/GE, плотность объемной мощности OTRE 3 W/CM3

Аддитивное производство также заражает мир топливных элементов. Группа ученых в Дании разработала новый топливный элемент с твердым оксидом, преодолевая с этим подходом два хорошо известных технических задач этой технологии: сниженная компактность и высокий специфический вес.

Работа является результатом междисциплинарного сотрудничества между различными отделами Технического университета Дании (DTU) и предлагает в своих результатах интересное обещание для аэрокосмических приложений.

Объясняет исследователь Венката Картик Надипалли из DTU Construct и соавтор публикации: «В настоящее время использование преобразования энергии на основе электроэнергии, таких как батареи и топливные элементы, не имеет смысла для аэрокосмических применений. Но наш новый дизайн для топливных элементов меняет вещи. Это первое, кто продемонстрирует взаимосвязь ватт/грамм — или конкретная сила — необходимая для аэрокосмического сектора, используя устойчивые и экологические технологии.«

Как работает SOC?

Среди различных технологий топливных элементов твердые оксидные клетки (SOC — сплошные оксидные клетки) предлагают два неоспоримых преимущества: эффективность преобразования, которая превышает 90% и способность работать в обратимом режиме, переход от электроэнергии к производству электроэнергии в соответствии с потребностями. Кроме того, они имеют большую гибкость топлива, чем другие типы топливных элементов, например, с электролитической мембраной полимерной или фосфорной кислоты.

Основной недостаток? Высокая рабочая температура — обычно более 600 ° C, что приводит к более длинным запускам и проблемам механической и химической совместимости. Но это не единственный «против».

Как правило, SOFC состоит из трех основных элементов: анод, также называемый «топливный электрод», катод или «воздушный/кислородный электрод» и электролит. При аноде водород окисляется, а кислород сводится к катоду. Оба отделены от мембраны с электролитическим газом.

После того, как ячейка была сделана, для подключения ее к другим подобным единицам требуется электрическая взаимосвязь и сформировать кучу. Отрывок, который неизбежно добавляет объема и тяжести. Металлические компоненты на самом деле составляют более 75% веса системы топливных элементов.

Раствор DTU: печатные твердые оксидные клетки

Именно на этом уровне вставлен поиск DTU. Ученые перепроектировали SOC, используя 3D -печать и геометрию GIROID, чтобы повысить их легкость и компактность. Подробно, команда напечатала полностью керамический топливный элемент, используя структуру, известную как «тройной периодической минимальной поверхности» (TPMS). Это математически оптимизированная структура для получения максимальной поверхности и малейшего веса.

Новый Printed Soc — Soc — «монолитный жироидальный с твердым оксидом» или «монолит» — может похвастаться определенной мощностью более 1 Вт/GE, плотность объемной мощности 3 Вт/см=.

Есть много других причин, по которым печатные сплошные оксидные клетки могут представлять собой поворотный момент. В дополнение к значительному снижению веса система позволяет газам эффективно проходить через клетку, улучшать распределение тепла и увеличивает механическую стабильность.

Не только это. Переходя к режиму электролиза, они производили водород со скоростью почти в 10 раз выше, чем обычные проекты.

«Мы протестировали систему даже в экстремальных условиях, с изменением температуры 100 ° C — Объясните ученых — И мы неоднократно передавали режим топливного элемента в режим электролиза. Топливные элементы впечатляюще сопротивлялись, не показывая признаков структурной недостаточности или разделения слоев ».

Чтобы узнать больше, прочитайте статью Монолитные сплошные оксидные клетки с помощью аддитивного производстваопубликовано на Природа энергияПолем