Celle a combustibile ceramiche stampate in 3D per l’aerospazio: DTU presenta una SOC monolitica “gyroidale”
La Technical University of Denmark (DTU) ha presentato una cella a ossido solido (SOC) completamente ceramica e realizzata tramite stampa 3D con architettura gyroidale (una superficie minima triplicemente periodica, TPMS), concepita per massimizzare la superficie attiva e la compattezza a parità di volume e massa. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Energy il 18 luglio 2025 e rilanciato da testate tecniche; l’obiettivo dichiarato è aprire la strada a convertitori leggeri e compatti per applicazioni aeronautiche e spaziali.
Design monolitico: niente interconnessioni metalliche né guarnizioni
La novità principale è la struttura monolitica: elettrolita ceramico, supporto, vie di tenuta e percorsi fluidici sono integrati in un unico corpo stampato in 3D. Questo consente di eliminare interconnessioni metalliche e guarnizioni, elementi pesanti e complessi tipici degli stack planari convenzionali, con benefici su peso, stabilità termomeccanica e semplicità costruttiva. L’architettura gyroidale, già nota in ambito scambiatori di calore, offre robustezza, alta superficie e ridotta massa.
Processo di fabbricazione e ruoli dei gruppi DTU
Il telaio ceramico monolitico viene prodotto con additive manufacturing e successivamente vengono depositati gli elettrodi porosi (combustibile e ossigeno) sulle superfici dell’elettrolita, con coesinterizzazione finale del sistema. Il progetto è un lavoro interdisciplinare tra DTU Energy (concettualizzazione, test, caratterizzazione) e DTU Construct (stampa 3D e manifattura del corpo ceramico). Documentazione DTU indica l’uso di fotopolimerizzazione in vasca DLP/VPP per la realizzazione delle parti ceramiche.
Prestazioni misurate: più di 1 W/g e densità volumetrica >3 W/cm³
In modalità cella a combustibile (SOFC), la specifica di potenza supera 1 W per grammo e la densità di potenza volumetrica oltrepassa 3 W/cm³; in modalità elettrolizzatore (SOEC) gli indici di produzione di idrogeno per massa e volume sono rispettivamente ~7×10⁻⁴ Nm³ h⁻¹ g⁻¹ e ~2×10⁻³ Nm³ h⁻¹ cm⁻³, con un quasi ordine di grandezza di miglioramento rispetto agli stack planari a parità di volume/massa. Il lavoro riporta inoltre elevata stabilità elettrochimica e termomeccanica.
Perché interessa l’aerospazio
Riduzione drastica dei componenti metallici, minore peso specifico e compattezza sono requisiti chiave per l’aviazione elettrica/ibrida e lo spazio. La geometria gyroidale è già impiegata negli scambiatori di calore additivi e l’adozione in SOC può favorire sistemi ausiliari leggeri o generatori a bordo; fra gli scenari citati in ambito SOC figurano programmi come NASA MOXIE (elettrolisi a ossido solido su Marte) e studi su velivoli a celle a combustibile come Airbus HYLENA.
Brevetto e sostegno
Secondo la stampa specializzata, per il concetto è stato depositato un brevetto nel 2024. Il paper riconosce il sostegno della Poul Due Jensen Foundation (fondazione legata a Grundfos) e dell’iniziativa Open Additive Manufacturing Initiative, a testimonianza dell’interesse industriale verso lo scaling.
Posizionamento nello stato dell’arte e prospettive industriali
La monolitica gyroidale di DTU si inserisce nel percorso europeo verso SOC più compatte, durabili e competitive (es. progetto NewSOC). Sul fronte commerciale esistono diversi stack planari (esempi citati nel paper: Elcogen, Kyocera, Lentatek, Wobogroup), utili come benchmark ma basati su un’architettura e supply chain molto diverse rispetto alla soluzione monolitica stampata in 3D.
Contesto e precedenti nella stampa 3D di SOC
Esperimenti precedenti avevano già esplorato SOC additivate o loro componenti, inclusi lavori su stampa ceramica DLP e su SOFC “supportate da elettrolita”. La proposta DTU si distingue per l’integrazione monolitica e per gli indici gravimetrici/volumetrici dichiarati.
