DTU, hafif hidrojen motorları için beş kat daha yüksek güç/ağırlık performansı sağlayan LCM baskılı monolitik zirkonya gyroid’leri ile SOFC paradigma değişimine öncülük etti
Danimarka Teknik Üniversitesi’ndeki (Enerji Dönüşümü ve Depolama Bölümü / DTU Energy) araştırmacılar, geleceğin hafif hidrojen enerji sistemleri yarışında güç yoğunluğunda büyük bir atılım gerçekleştirdi.
“Düzlemden Kaçış” – Ekip, geleneksel olarak düz katmanları üst üste yığmak yerine, Lithoz CeraFab Sisteminde doğadan ilham alan, ince duvarlı gyroid geometrisine sahip tek, üç boyutlu monolitik yakıt hücreleri basarak bu yaygın paradigmayı alt üst etti.
Elektrolit membran malzemesi olarak Lithoz Yttria tamamen Stabilize Zirkonya (8YSZ) kullanılarak, cihaz seviyesindeki özgül güç/ağırlık oranı, mevcut düz SOFC’lere (Katı Oksit Yakıt Pillerine) kıyasla beş kat artırıldı.
LCM’yi temel bir etkinleştirme teknolojisi olarak nitelendiren DTU, projeyi endüstriyel seviyeye ölçeklendirmeyi planlıyor.
Enerji Dönüşümü ve Depolama Bölümü’nden (DTU Energy) Prof. Vincenzo Esposito liderliğindeki bir DTU araştırma ekibi, daha verimli yakıt hücresi motorları uygulayarak SOFC tasarımına yönelik paradigma değiştiren bir mimari yaklaşım sergiledi. Hidrojenle çalışan ulaşımın performansını ve uzun menzilli özelliklerini bir üst seviyeye taşımak için SOFC’ler için kilit parametre olarak güç-ağırlık oranını tanımlayan ekip yttria ile stabilize edilmiş zirkonya (8YSZ)’dan yapılmış ve Lithoz CeraFab ünitesinde basılmış, ince duvarlı gyroid geometrilere sahip monolitik SOFC’ler geliştirdi.
Çalışma, DTU Construct’tan araştırmacılarla iş birliği içinde gerçekleştirildi ve Doçent Venkata Karthik Nadimpalli, mimari seramik malzemelerin mekanik davranışı ve yapısal optimizasyonu konusunda uzmanlığını sundu. Bu iş birliği, ince duvarlı gyroid mimarisinin termal ve operasyonel koşullar altında yapısal kararlılığının değerlendirilmesine yardımcı oldu.
Düzlemsel öğelerin istiflenmesinden bu ayrılış, hidrojen tahrikinde daha fazla güç yoğunluğu potansiyeli arayışında güçlü bir yıkıcı etkiye sahip; çünkü ince iç duvarların, ara bağlantıların ve sızdırmazlık malzemelerinin ortadan kaldırılmasıyla birleşimi, ağırlıkta ciddi bir kayıp, termal uyumsuzlukta ve mekanik gerilimde azalma sağlarken, mevcut hacmin kullanımını önemli ölçüde iyileştiriyor. Şimdi üretilen son derece kompakt ve hafif SOFC’ler, su, kara ve özellikle hava taşımacılığı için hem uzun menzilli hem de ultra kompakt hidrojen motoru tasarımlarının tamamen yeniden düşünülmesine olanak tanıyor.
Prof. Esposito şöyle diyor: “‘Düzlemden Kaçış’ (Escaping Flatland) sloganımız mantıklı bir adım gibi görünüyor, ancak uzun süredir başarılması olanaksızdı. Malzemelerin ve mikro yapıların özel düzenlemesi, önemli ölçüde yüksek bir karmaşıklık seviyesi gerektiriyor ancak yakın zamana kadar, bu konsepti gerçeğe dönüştürmek için gerekli araca sahip değildik. 8YSZ, SOFC’ler için en yaygın kullanılan ve teknolojik olarak olgun elektrolit malzemelerinden biri olmaya devam ediyor. Olgun hassasiyeti ve ölçeklenebilirliği ile Lithoz LCM teknolojisi, doğal olarak gaz tedarik gereksinimlerini karşılayan, mümkün olan en ince iç duvarlara sahip bu biyolojik olarak esinlenilmiş TPMS geometrileri için en yüksek tekrarlanabilirliği gösterdi. Monolitik konsept, ancak bu gyroid ünitelerinin hassas bir şekilde kopyalanması ve gaz geçirmez koşulları korumak için sızdırmaz bir kabuk çerçevesi eklenmesiyle elde edilebilirdi.”
Lithoz CEO’su Johannes Homa ekliyor: “DTU, Lithoz CeraFab yazıcısında karmaşık jiroid geometrilerine sahip 8YSZ monolitik yakıt hücrelerini üreterek, istiflenmiş düz parçalara özgü geleneksel ara bağlantı ve sızdırmazlık mimarilerine olan bağımlılığı azaltmayı başardı.”
