IREC首次推出高效陶瓷氢燃料电池全链试验线
西班牙加泰罗尼亚能源研究所（IREC）已建成一条用于3D打印陶瓷设备的试验线，旨在生产和利用可再生氢。该设施名为Merce Lab（制造能源陶瓷设备），能够以预工业规模生产用于燃料电池和电解槽的固体氧化物电池（SOCs），代表了该领域的一种新方法。
Merce Lab负责人马克·托雷尔表示：“该设施使我们成为全球范围内SOC技术制造的先行者。它代表了陶瓷基设备制造工艺和性能的颠覆性一步，为开发用于此前无法满足特定规格要求（如海运或空运）应用的新型SOC系统打开了大门。”
Merce实验室（制造能源陶瓷器件）。照片来源于IREC
合作与战略支持
该试验线的开发是欧洲共同利益重要项目（IPCEI）Tecnopropia的一部分，该项目由H2B2牵头并共同出资，并获得了PRTR计划下“下一代”基金的支持。额外资金来自IREC的多个项目，包括CLEANHYPRO、HYP3D、COMECOCO2和H2SHIFT。IREC还与行业内的多家公司建立了合作关系，包括3Dceram、AMES、Viver Clean Tech、AESA、Nano4Energy和M-reformer，以支持SOC技术的进一步开发和商业化。IREC计划成立一家衍生公司Oxhyd Energy，以促进SOC燃料电池的商业化，并支持氢技术更广泛的整合。
技术与生产特点
Merce Lab生产的SOCs既可作为燃料电池利用氢气发电，也可作为电解槽生产氢气用于储能。这些设备基于陶瓷材料并在高温下运行，与聚合物基电池相比具有更高的效率，可能将制氢所需能量降低多达25%。该试验线目前的年制造能力约为2兆瓦，且该工艺具有可扩展性。预计生产成本约为每千瓦800欧元，这可能有助于将氢气成本降至每公斤4欧元以下。这些设备的制造不使用钴、镍或稀土等关键原材料。
该试验线涵盖了完整的技术价值链，分为五个关键阶段：首先，准备作为基础原料的浆料；其次，制造电池单体；第三，生产连接体；第四，组装和堆叠组件；第五，对完成的设备进行测试和验证，以确保其在部署前的质量和性能。
3D打印SOC的其他创新
IREC的试验线与国际上通过3D打印推进固体氧化物电池技术的努力相呼应。在丹麦技术大学（DTU），研究人员开发了轻量化、高功率的SOCs，其采用螺旋二十四面体（一种三重周期最小曲面，TPMS）几何结构进行优化，以在保持机械稳定性的同时最大化表面积。由维琴佐·埃斯波西托教授和文卡塔·卡西克·纳迪姆帕利高级研究员领导的团队，从蝴蝶翅膀等自然结构和热交换器等工程解决方案中汲取灵感，解决了燃料电池在航空航天和太空探索中长期存在的应用障碍。
同样，在斯科尔科沃科学技术研究所（Skoltech），研究人员利用标准办公投影仪的微立体光刻技术，创建了一种生产用于SOFC的复杂陶瓷结构的低成本方法。通过将钪稳定氧化锆和钇稳定氧化锆结合成分级晶格结构，该团队实现了传统方法无法达到的设计，提高了离子电导率——这是燃料电池效率的关键因素。绿色陶瓷部件通过紫外光固化制造，并经过优化的烧制和烧结工艺进行固化，展示了一条通往高性能SOFC组件的低成本路径。
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