This post is also available in:
English (אנגלית)
חוקרים מאוניברסיטת DTU (האוניברסיטה הטכנית של דנמרק) פיתחו סוג חדש של תא דלק מוצק (Solid Oxide Fuel Cell – SOFC) אשר מפחית באופן משמעותי את המשקל והמורכבות של המערכת, ומציע פוטנציאל מבטיח לשימושים בתחום התעופה והחלל. העיצוב החדש, הנקרא Monolithic Gyroidal Solid Oxide Cell – או בקצרה "המונולית", משלב צפיפות הספק גבוהה עם עמידות מכנית, באמצעות מבנה קרמי תלת-ממדי בהשראת צורות טבעיות.
בניגוד לתאי דלק מסורתיים המשתמשים ברכיבי מתכת כבדים, העיצוב החדש עשוי כולו מקרמיקה. מערכות סטנדרטיות כוללות לעיתים קרובות רכיבי מתכת כגון מחברים ואטמים, שיכולים להוות מעל 75% ממשקל תא הדלק. הסרת רכיבים אלו אפשרה לחוקרים להפחית משמעותית את המסה הכוללת – ללא פגיעה בביצועים.
לפי ההודעה לעיתונות, החידוש המרכזי הוא הגיאומטריה של התא. המבנה מבוסס על מבנה גירואידי – סוג של משטח מינימלי מחזורי תלת-ממדי (triply periodic minimal surface – TPMS), שמספק שטח פנים מרבי תוך שמירה על זרימת גזים יעילה וניהול חום משופר. הגישה המבנית הזו לא רק משפרת את היציבות המכנית של התא, אלא גם מגבירה את תפוקתו, ומגיעה ליותר מ-וואט אחד לגרם – סף קריטי עבור יישומי תעופה.
אחד היתרונות המרכזיים של העיצוב החדש הוא פישוט תהליך הייצור. בעוד שתאי דלק מוצקים רגילים דורשים עשרות שלבי ייצור ושימוש במספר רב של חומרים, ניתן לייצר את המונולית בחמישה שלבים בלבד, באמצעות הדפסת תלת-ממד. תהליך זה גם תורם לעמידות המערכת, בכך שהוא מבטל נקודות כשל נפוצות כגון אטמים שנוטים להתבלות לאורך זמן.
ניסויים מעבדתיים איששו את עמידות המערכת. תא הדלק שמר על יציבות גם תחת מחזורי חימום וקירור חוזרים, תוך שהוא מצליח לעבור בין מצבי ייצור חשמל ואלקטרוליזה ללא כשלים. במצב אלקטרוליזה, הציג התא קצב ייצור מימן הגבוה כמעט פי עשרה לעומת מודלים סטנדרטיים.
השלכות הפיתוח הזה על תחום התעופה הן משמעותיות. סוללות ליתיום-יון, שהן כיום החלופה העיקרית לדלק מטוסים, כבדות מדי עבור יישומי טיסה. באופן דומה, תאי דלק מסורתיים גם הם כבדים ומסורבלים. עם משקל קל ותפוקת הספק גבוהה פר גרם, המונולית מהווה מועמד מבטיח לשימושים באוויר ובחלל.
המחקר פורסם בכתב העת Nature Energy.
