激光直写反应增材制造技术制备可扩展、耐用且高性能的质子陶瓷燃料电池堆

来自Huang等的研究人员针对质子陶瓷燃料电池(PCFCs)商业化面临的制造难题，开发了直接激光反应增材制造(DL-RAM)技术。该技术通过高功率激光在数分钟内实现致密电解质/多孔电极异质结构的快速成型，制备出功率密度达1.03 W/cm2@600°C的单电池（传统工艺的2.6倍），并成功构建3-6电池串联堆，实现7W峰值功率输出和260小时稳定运行。这项突破将制造效率提升150倍，为清洁能源设备的大规模生产提供了革命性解决方案。

　　

在全球气温持续升高的背景下，质子陶瓷燃料电池(Protonic Ceramic Fuel Cells, PCFCs)作为高效中温电化学器件脱颖而出。传统制造方法面临面积增大时性能下降的瓶颈，而这项研究提出的直接激光反应增材制造(Direct Laser Reactive Additive Manufacturing, DL-RAM)技术彻底改变了游戏规则。

研究团队巧妙利用高功率激光的温度梯度效应，仅用几分钟就完成了传统炉烧需要80小时的多层异质结构制造——包括微挤出3D打印的阳极、超声喷涂的薄层电解质，以及独特的激光致密化工艺。这种"冷加工"方式有效规避了传统烧结导致的元素偏析和过度致密化问题。

性能测试显示，DL-RAM制备的单电池在600°C下实现1.03 W/cm²的功率密度，是传统工艺的2.6倍。更令人振奋的是，3-6个电池组成的串联堆展现出7W的峰值功率，并能稳定输出3.1W持续260小时，且性能不受面积扩大影响。

这项技术突破的意义远超单一领域：它不仅是清洁能源设备的制造革命（生产速度提升150倍），更为层状陶瓷增材制造树立了新范式。从便携式电源到固定电站，DL-RAM技术有望加速绿色社会的构建，其应用潜力还延伸至更广泛的能源存储与转换器件领域。