研究人员利用3D打印和珊瑚启发结构，设计出轻质而强大的燃料电池。这种新设计由丹麦技术大学开发，被称为整体式螺旋固体氧化物电池(整体式)。

该燃料电池为“全陶瓷”材质，消除了占传统燃料电池重量75%以上的重金属成分。燃料电池用途广泛，可用于氢动力汽车等众多行业，还能为医院、数据中心和船舶供电。其通过电解产生电力和储存能量的能力，对稳定可再生能源系统极具价值。

数学优化设计采用三重周期最小曲面(TPMS)中的螺旋面，目标是在尽可能轻巧的同时拥有尽可能大的表面积。这种结构允许气体自由流动，改善热量分布并提高机械稳定性。Monolith燃料电池功率强大，每克可产生超过一瓦的功率。

高级研究员兼通讯作者Venkata Karthik Nadimpalli称，目前基于电力的能量转换，如电池和燃料电池，对航空航天应用意义不大，但新燃料电池设计改变了这一状况，首次展示了航空航天所需的瓦特与克的比值，同时采用可持续绿色技术。

除重量轻外，新型DTU燃料电池还有多种优势。它能承受极端条件，包括100°C的温度波动，耐用性强。研究小组反复在发电和储能模式间切换燃料电池，未发现结构故障。在电解模式下使用时，产生氢气的速度比标准模型快近十倍。

新型整体式陶瓷燃料电池设计因简化制造工艺而引人注目。传统固体氧化物电池堆需数十个步骤，使用多种会随时间降解的材料，而新设计仅需“五步”，消除了沉重金属部件和易碎密封件，使系统更耐用。

这一发展对航空航天业有利。一架标准商用喷气式飞机运行需70吨航空燃料，若用锂离子电池等效能量替代，电池重达3500吨，飞机无法飞行。传统燃料电池因依赖扁平、沉重的堆栈，金属部件占比大，对航空航天应用来说过重，限制了其在航空等移动应用中的使用。新型燃料电池凭借轻量化设计克服了这一挑战。

此外，新型燃料电池高弹性，是要求严格的太空任务的理想选择，如美国宇航局的火星氧气ISRU实验(MOXIE)。MOXIE项目使用的设备重超六吨，新的更轻燃料电池设计仅需800公斤就能完成同样任务，可大幅降低太空发射成本。

研究人员相信该设计还能进一步改进。Nadimpalli表示，可使用更薄的电解质、更便宜的集电器(如用银或镍代替铂)以及更紧凑的设计来优化系统。该研究结果发表在《自然能源》杂志上。