北京
導讀：在氫能源行業(yè)，制氫和儲存技術正日益受到關注。然而，用于氫氣制備的電解系統(tǒng)規(guī)模化面臨諸多挑戰(zhàn)，尤其是在材料限制、系統(tǒng)復雜性和長期可靠性方面。陶瓷增材制造技術正被探索為重新設計固體氧化物電解系統(tǒng)的潛在途徑，從而實現(xiàn)新的幾何形狀和更高的性能。
2026年5月，南極熊獲悉，3DCeram Sinto公司正在進一步開發(fā)用于固體氧化物電解池（SOEC）的陶瓷3D打印技術，旨在提高氫氣產量和儲能效率。這家總部位于法國的公司專注于基于立體光刻（SLA）的增材制造技術，采用自上而下的工藝和低粘度陶瓷漿料，以實現(xiàn)復雜部件的規(guī)模化生產。
△3DCeram Sinto公司3D打印的陶瓷零件批量生產。圖片由3D打印行業(yè)提供。3DCeram Sinto公司3D打印的陶瓷零件批量生產。
陶瓷3D打印技術解決了SOEC的局限性
傳統(tǒng)的固體氧化物電解池（SOEC）系統(tǒng)依賴于通過流延成型或絲網印刷工藝生產的平面陶瓷膜，這些陶瓷膜對壓力變化非常敏感。超過約40毫巴的壓力差會導致機械失效，從而需要復雜的加壓容器，并限制了規(guī)模化應用。
在HYP3D 項目中，合作伙伴正在開發(fā)使用氧化鋯 8Y 的緊湊型高壓電解系統(tǒng)，該材料因其離子導電性、化學穩(wěn)定性和耐熱性而被選中。
本項目利用增材制造技術，引入了一種厚度為250–300 μm 的波紋電池設計，使反應表面積增加了約 60%。這種幾何形狀還提高了電化學效率，只需更低的電壓即可達到相當的電流密度。
△3DCeram 的 C1000 FLEXMATIC。圖片來自 3DCeram
仿真和測試表明，與平板電池相比，波紋結構電池的機械性能顯著提高。波紋結構電池可承受高達約1100毫巴的壓差，而傳統(tǒng)設計的失效閾值接近40毫巴。耐壓能力的提升使得無需外部壓力容器，從而簡化了系統(tǒng)架構。此外，這種設計還允許將金屬互連件簡化為扁平組件，進一步降低了系統(tǒng)復雜性。
△3DCeram陶瓷3D打印視頻采訪
從材料開發(fā)到可擴展生產
研發(fā)工作主要集中在優(yōu)化氧化鋯8Y漿料配方，以平衡可打印性和尺寸穩(wěn)定性。通過調整陶瓷含量、粉末性能和粘結劑成分，實現(xiàn)了薄型大面積部件的生產，同時最大限度地減少了燒結過程中的變形。
經過驗證的設計方案已擴展到多個機器平臺，并集成到堆疊配置中。早期測試實現(xiàn)了約 450 mA/cm2 的電流密度，目前正在進行的工作包括解決接觸損耗和系統(tǒng)集成問題。
為了支持工業(yè)規(guī)模的氫氣系統(tǒng)，通過重新設計機器提高了生產效率。升級內容包括多激光配置、擴展的構建平臺以及雙平臺運行，以減少停機時間。這些改進使細胞產量提高了四倍以上，處理表面積提高了六倍。這套系統(tǒng)已在項目合作伙伴處部署，以進行進一步驗證。
這項工作與歐洲擴大氫能作為可再生能源系統(tǒng)能源載體的更廣泛努力相一致。氫能能夠長期儲存來自風能和太陽能等間歇性能源的能源，從而支持能源密集型行業(yè)的脫碳進程。
陶瓷增材制造技術正朝著工業(yè)化生產邁進
3DCeram Sinto此前已推出人工智能驅動的工具來優(yōu)化打印性能和可靠性，同時，更廣泛的研究方向是探索自動化和先進材料在批量生產中的應用。陶瓷3D打印技術能夠制造適用于嚴苛環(huán)境的部件，例如航空航天推進系統(tǒng)，從而推動陶瓷增材制造技術在高性能行業(yè)中的應用。
△CERIA 的彩色可視化功能可優(yōu)化零件放置并檢測 3D 打印中的漿料問題。圖片來自 3DCeram
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