3D打印技术在固体氧化物燃料电池领域的研究进展

郑丽娜，王文中，贾凯杰，邱少峰，朱浩源，于方永，孟秀霞，张津津，杨乃涛

（山东理工大学化学化工学院，山东淄博 255049）

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种能将燃料的化学能直接转化为电能的能量转换装置，因其能量转换效率高、环境友好、燃料选择范围广、催化剂成本低等优点，被认为是有潜力的下一代电力系统[1-2]。3D 打印技术因其能够灵活制备高度复杂且精准的结构和组件被研究者关注并应用于SOFC领域。对于单电池，3D 打印技术通过设计电解质表面图案[3-5]，打印薄而致密电解质[6-7]，改善催化剂和助催化剂在多孔电极内的分布[8]来提高电池性能。实际应用中，单电池功率有限，常将多个单电池以并联或串联的方式通过连接体组装成电堆以满足电力需求。如图1(a)、(b)所示，电堆的制作工艺复杂繁琐[9-10]，存在大量连接件和密封件，不同材料的热膨胀系数有较大差异，在电池工作过程中产生热应力，极大影响SOFC 系统的可靠性和耐久性[11]，制约其商业化进程[12]。3D打印技术的出现为SOFC电堆的制备提供一种新方法，见图1(c)，先一体制备电堆组件支撑体，然后在其上沉积电极层，无需经过单电池的堆叠，连接和手动组装等步骤即可得到一体化SOFC 电堆模块。3D 打印可提高制造精度，灵活调整制造尺寸，设计和定制复杂体系结构，确保制造过程的标准化和可重复性[13-14]。另外3D 打印有望通过科学设计和优化电堆和辅助系统的结构，改善传递性能，实现其高效长期稳定运行。本文简要介绍……