《ACS Energy Letters》：3D打印高度可扩展的管状质子陶瓷燃料电池

2023年7月28日，克莱姆森大学(Clemson University)的研究人员在《ACS Energy Letters》上发表题为3D Printing Enabled Highly Scalable Tubular Protonic Ceramic Fuel Cells的研究论文，报道了利用3D打印技术制备出具有高功率输出和长寿命的质子陶瓷燃料电池(PCFC)，为可扩展管状PCFC的商业化带来了新的可能性。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01345

质子陶瓷燃料电池(PCFC)是一种清洁、高效的中温发电装置。然而制造的难度限制了它们的商业化生产和应用，特别是管状PCFC。基于此，本文报告了一种具有成本效益的3D打印技术，用于制造大面积管状PCFC(如15.7 cm2)。该技术的优势为可采用低成本的材料，高效地实现多孔阳极支撑、致密电解质和多孔阴极中形状尺寸控制均匀的微结构。

3D打印管状PCFC (~12.5 cm2)在650°C时的输出功率为2.45 W，同时在200 h的运行过程中验证了系统的长期稳定性。这种新颖的3D打印制造工艺提供了巨大的可能性，将PCFC从实验室推进到更大规模的实际应用。

图1 用3D打印技术制造单管PCFC的示意图。

图2 经测试的有效面积为12.5 cm的大型管状PCFC的微观结构。

图3 人造管状PCFC的电化学性能。

图4 管状PCFC在650°C下电流密度为200 mA cm-2的长期稳定性。

本研究报道了一种简单且经济高效的3D打印技术，可用于制备可扩展管状PCFC。生产的单管PCFC具有良好的微观结构，由管状BCZY27- NiO阳极支撑、致密的BCZY27电解质薄膜和多孔的BCFZY0.1阴极薄膜组成。虽然具有更大的活性区域，但它们所表现出的区域特异性电阻与通过最先进的传统方法制造的管状PCFC相当。在650℃的条件下，可在大型(~12.5 cm2)单电池中实现2.45 W的高总功率。该研究表明，3D打印技术可以制造出具有高功率输出和长寿命的PCFC，为可扩展管状PCFC的商业化带来了新的可能性。