Superleichte Brennstoffzelle für E-Flugzeuge
Dänische Technische Universität stellt Modul im 3D-Druck in der Form eines Gyroids her
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Konventionelle Brennstoffzelle (oben) und der "Monolith" (Illustration: Nature Energy) |
Lyngby (pte003/23.09.2025/06:10)
Forscher der Dänischen Technischen Universität haben eine radikal neu gestaltete Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) im 3D-Druck in der Form eines Gyroids hergestellt. Der Gyroid ist so geformt, dass er die größte Oberfläche bei kleinstmöglichem Volumen hat. Diese Form wird derzeit in technischer Hinsicht in Wärmetauschern genutzt - je kompakter sie gebaut sind und je größer ihre innere Oberfläche ist, desto höher fällt die Effizienz aus. In der Natur ist sie an Schmetterlingsflügeln zu beobachten, die ihre Farbe nicht durch Pigmente bekommen, sondern durch gyroidförmige Schuppen, die Licht auf besondere Art reflektieren.
Bisher dominieren Metalle
Würde ein normales Flugzeug umgerüstet und seine 70 Tonnen Treibstoff durch Lithium-Ionen-Batterien mit ähnlicher Kapazität ersetzt, würde es 3.500 Tonnen wiegen. Damit könnte es natürlich nicht mehr abheben. Brennstoffzellen setzen sich aus flachen, schweren Stapeln, sogenannten Stacks zusammen, die sich in schweren metallischen Gehäusen befinden. Metallkomponenten machen mehr als 75 Prozent des Gewichts eines Brennstoffzellensystems aus, was ihren mobilen Einsatz vor allem in der Luft- und Raumfahrt stark einschränkt.
Die Brennstoffzelle, die Vincenzo Esposito und Venkata Karthik Nadimpalli entwickelt haben, besteht dagegen komplett aus Keramik. Sie hate eine Leistung von mehr als einem Watt pro Gramm. Das ist weit mehr als doppelt so viel wie bei den leichtesten Brennstoffzellen, die bisher gebaut worden sind. Die Entwickler nennen die "Zelle Monolithic Gyroidal Solid Oxide Cell" oder kurz "The Monolith". Sie stellen ihre Entwicklung in der Fachzeitschrift "Nature Energy" vor.
Weniger Fertigungsschritte
Was dieses Design besonders auszeichnet, ist nicht nur seine Leistung, sondern auch seine Herstellungsweise, erklärt Nadimpalli: "Während herkömmliche SOFC-Stapel Dutzende von Fertigungsschritten erfordern und auf mehrere Materialien angewiesen sind, die sich mit der Zeit zersetzen, wird unser monolithisches Keramikdesign in nur fünf Schritten hergestellt, wobei wir auf Metall verzichten und empfindliche Dichtungen vermeiden."
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