DTU stampa in 3D celle a combustibile ceramiche con struttura gyroidale per aumentare la potenza specifica
Il lavoro nasce alla Technical University of Denmark, in particolare da DTU Energy e DTU Construct, e ruota attorno a una nuova architettura per le solid oxide cells, realizzata con stampa 3D ceramica su sistemi Lithoz. Il punto non è solo il materiale, ma il fatto che il team abbia abbandonato la classica struttura a celle piatte impilate per passare a un corpo monolitico tridimensionale con geometria gyroidale. La base scientifica del progetto è già stata pubblicata su Nature Energy nel 2025, mentre Lithoz ha rilanciato i risultati il 2 aprile 2026, presentandoli come un passaggio importante per applicazioni energetiche leggere basate sull’idrogeno.
Nelle celle a ossidi solidi tradizionali, soprattutto nelle configurazioni planari, una parte rilevante del peso e della complessità deriva da interconnessioni metalliche, sigillature e stratificazioni necessarie per far funzionare correttamente il sistema. Il gruppo guidato dal professor Vincenzo Esposito ha cercato di spostare il problema dall’ottimizzazione dei singoli dettagli costruttivi alla riprogettazione dell’intera architettura. La geometria gyroidale, che appartiene alle superfici minime periodiche tridimensionali, offre una combinazione utile di leggerezza, continuità dei canali interni, ampia superficie disponibile e robustezza strutturale. Secondo DTU, questo approccio riduce il peso, migliora la distribuzione del calore, facilita il passaggio dei gas e limita le criticità meccaniche legate alle dilatazioni termiche.
Dal punto di vista produttivo, DTU ha realizzato queste strutture utilizzando zirconia stabilizzata con ittria, indicata come 8YSZ, su una stampante Lithoz CeraFab. Lithoz identifica la propria tecnologia come LCM, acronimo di Lithography-based Ceramic Manufacturing: un processo di vat photopolymerization progettato per la ceramica, capace di costruire geometrie molto fini strato dopo strato a partire da una sospensione caricata con particelle ceramiche, seguita poi da debinding e sinterizzazione. Questo aspetto è centrale, perché una struttura gyroidale monolitica con pareti sottili e guscio esterno ermetico sarebbe molto difficile da ottenere con i normali processi ceramici. In pratica, la libertà geometrica della manifattura additiva non è un elemento accessorio del progetto, ma la condizione che lo rende realizzabile.
I numeri indicati dal team spiegano perché il progetto abbia attirato attenzione. Nell’abstract del lavoro pubblicato da Nature Energy, i ricercatori riportano una potenza specifica superiore a 1 W/g e una densità di potenza volumetrica superiore a 3 W/cm³ in modalità fuel cell. Nella comunicazione industriale rilanciata da Lithoz, il confronto viene sintetizzato come un passaggio da circa 0,2 W/g delle architetture SOFC planari convenzionali a valori prossimi a 1 W/g a livello di dispositivo, quindi circa cinque volte tanto. Lo stesso studio indica anche prestazioni in modalità elettrolisi, con tassi di produzione di idrogeno quasi di un ordine di grandezza superiori rispetto alle pile planari, segnale che la piattaforma può essere rilevante non solo per generare elettricità, ma anche per processi power-to-X.
Un altro elemento rilevante è la robustezza operativa. DTU afferma di aver sottoposto il sistema a cicli severi, compresi sbalzi termici di 100 °C e passaggi ripetuti tra modalità fuel cell ed elettrolisi, senza osservare cedimenti strutturali o delaminazioni. Venkata Karthik Nadimpalli di DTU Construct ha inoltre spiegato che l’architettura amplia in modo concreto il campo di utilizzo delle celle a ossidi solidi, perché raggiunge una soglia di potenza specifica che inizia a rendere plausibili applicazioni dove il rapporto peso/prestazione è decisivo. Nella stessa comunicazione, il gruppo sottolinea che il design monolitico riduce i passaggi produttivi rispetto agli stack convenzionali e che nel 2024 è stato depositato un brevetto sul concetto.
Le applicazioni citate vanno dai sistemi di potenza per il trasporto terrestre e navale fino al settore aerospaziale. DTU richiama esplicitamente anche il progetto MOXIE della NASA come esempio di contesto in cui peso e compattezza fanno la differenza, osservando che architetture di questo tipo potrebbero ridurre in modo netto la massa di sistemi elettrochimici destinati a missioni spaziali o a piattaforme dove ogni chilogrammo incide sui costi. Allo stesso tempo, la fase descritta oggi è ancora quella del trasferimento verso la scala industriale: Lithoz scrive che, conclusa la fase di design e test presso DTU Energy, il team intende ora portare il progetto a livello industriale. Questo rende il risultato già importante sul piano tecnico, ma ancora aperto sul fronte della produzione su larga scala, dei costi di sistema e della futura integrazione in applicazioni commerciali.
