Völlig röhrenförmig: Neue Art von 3D

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Forscher der Clemson University haben eine neuartige Methode für den 3D-Druck von protonischen Keramikbrennstoffzellen entwickelt, einem Gerät für erneuerbare Energien, das vielversprechend für eine nachhaltigere Stromerzeugung als die Verbrennung fossiler Brennstoffe ist.

Anstatt Kohle oder Erdöl zu verwenden, werden protonische Keramikbrennstoffzellen mit erneuerbaren Brennstoffen wie Wasserstoff, Ammoniak, Kohlenwasserstoffen und Alkoholen betrieben. Die Herausforderung bestand darin, sie aus dem Labor in die reale Welt zu übertragen, da ihre Herstellung in großem Maßstab schwierig ist. Um dieses Problem zu lösen, griff ein Team im Advanced Materials Research Laboratory von Clemson auf sein Fachwissen im 3D-Druck zurück, a Technologie, mit der komplexe, anpassbare Objekte mit hoher Präzision hergestellt werden können. Das Team druckte protonische Keramikbrennstoffzellen in Röhrenform in 3D, was mehrere Vorteile gegenüber einem planaren Design bietet, darunter eine bessere Haltbarkeit und eine einfachere Abdichtung. Das Team testete Wasserstoff als Brennstoff eine einzelne Brennstoffzelle für 200 Stunden und stellte fest, dass sie konstant Strom erzeugte. Forscher sagten, dass 3D-gedruckte protonische Keramikbrennstoffzellen eine höhere Präzision, Konsistenz und Erschwinglichkeit bieten als herkömmliche Herstellungstechniken. Das ausschließlich aus Clemson bestehende Team berichtete über seine Ergebnisse in der Zeitschrift ACS Energy Letters. Der erste Autor war Ph.D. Kandidatin Minda Zou und korrespondierende Autoren waren der Postdoktorand Jiawei Zhang und Professor Jianhua „Joshua“ Tong, alle in der Abteilung für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. „Unsere Arbeit legt nahe, dass 3DP den Weg für die realen Anwendungen von röhrenförmigen PCFCs ebnen könnte. „ schrieb das Team in der Arbeit und verwendete dabei eine Abkürzung für 3D-Druck und protonische keramische Brennstoffzelle. Tong sagte, ein großer Teil dessen, was die Forschung einzigartig macht, sei, dass das Team in der Lage sei, alle drei Schichten, die in einer Brennstoffzelle erforderlich sind, in 3D zu drucken – Anode, Kathode und Elektrolyt.

„Niemand sonst hat das getan“, sagte er. „Noch wichtiger ist, dass die Methode einfach und kostengünstig ist, was für eine Kommerzialisierung vielversprechend ist.“ Obwohl der 3D-Druck einer Brennstoffzelle bisher etwa drei Stunden dauert, plant das Team, als nächsten Schritt seiner Arbeit ein fortschrittlicheres Design zu entwickeln. Wenn alles gut geht, sieht Tong Potenzial für die Kommerzialisierung 3D-gedruckter protonischer Keramikbrennstoffzellen in etwa fünf Jahren. Der Titel des Papiers lautet „3D Printing Enabled Highly Scalable Tubular Protonic Ceramic Fuel Cells“. Co-Autoren sind neben Zou, Zhang und Tong: Jacob Conrad, Bridget Sheridan, Hua Huang, Shenglong Mu, Tianyi Zhou, Zeyu Zhao, Kyle S. Brinkman, Hai Xiao und Fei Peng.

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