顛覆能源生產，3D列印可持續燃料電池

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2023/11/07 顛覆能源生產，3D列印可持續燃料電池

近日有科學家使用創新的3D列印技術，成功製造出高度複雜的陶瓷零件，並應用於環保固體氧化物燃料電池(SOFC)中，有望為可持續能源和環保技術帶來全新的可能性！

RESEARCHERS_DEVELOP_SUSTAINABLE_FUEL_CELLS_USING_CERAMIC_3D_PRINTING

研究團隊結合微型立體光刻技術和投影機，製造具備新晶格結構的高效SOFC燃料電池，這種3D列印晶格可提高離子導電率，提升功率輸出，對於推動SOFC在不同領域的應用尤其關鍵，也證明了廉價的微立體光刻3D列印技術可製造複雜的結構，提高燃料的電池效率，創造乾淨的能源。

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Skoltech研究人員3D列印的陶瓷結構模型(A)和照片(B, C, D, E)

SOFC：永續能源替代品
固體氧化物燃料電池(SOFC)提供了環保且永續的能源解決方案，適用於發電廠、內燃機、家庭、船隻、汽車和衛星等。SOFC高效、具彈性且可持續(但要求高溫和特殊材料)，並可將甲烷等碳氫化合物轉化為電能，適用於備份電源和對停電敏感的系統。SOFC的電力效率高達60%，比傳統發電廠好45%，更可回收廢熱，提高效率。

此外，SOFC不涉及燃燒過程，也不排放污染物；SOFC的結構包括陰極、陽極和電解質層，電解質層決定了離子傳導，促進能量產生的化學反應，因此有望推動乾潔能源的發展。

Fuel_cells_manufactured_conventionally_(a)_and_with_3D_printing_(b)

傳統製造的燃料電池(a)和3D列印製造的燃料電池(b)

3D列印陶瓷SOFC
為了製造高效的SOFC，研究人員結合了氧化鈧穩定氧化鋯(6ScSZ)和氧化釔穩定氧化鋯(8YSZ)材料，打造複雜的分層晶格結構，而這種結構必須透過3D列印才能實現。這兩種材料分別適用於高達1,000℃和750℃的SOFC操作溫度，只要利用低成本的3D列印機，結合微立體光刻技術和標準視訊投影機，再透過紫外線曝曬就能把陶瓷零件固化，創造所謂的「綠色零件」或半成品。

高精度的數位光處理技術實現了紫外光的精確傳遞，而商業辦公用的投影機則能應用在3D列印上，最後經過燒結和去除殘餘孔隙的步驟，研究人員成功證實使用6ScSZ和8YSZ進行3D列印的SOFC生產潛力。

The_demonstration_3D_printer_developed_by_the_authors_of_the_study

該研究人員開發的3D列印機示範

透過3D列印最佳化永續能源
由Horizon Europe資助的HyP3D計劃是為了展示SOEC技術的可行性，並將它與先進的陶瓷3D列印技術相結合，實現高壓氫氣的高效生產。去年就有大學與能源公司、陶瓷3D列印公司合作開發3D列印的乾潔能源反應器零件。

此外，GE Research最近宣佈與黏合劑噴射3D列印機製造商Voxeljet建立合作夥伴關係，推動高級鑄造單元(ACC)砂黏合劑噴射3D列印機的開發和商業化，在美國的乾潔能源轉型中發揮很重要的作用，這也是美國能源部1,490萬美元獎勵計劃的一部分。

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