Sebuah tim peneliti di Universitas Teknik Denmark (DTU) telah mempresentasikan sebuah konsep baru untuk sel oksida padat (SOC) yang menjanjikan peningkatan besar dalam hal berat dan kepadatan daya. Fondasinya adalah struktur gyroid yang dicetak 3D – yang disebut permukaan minimal periodik tiga kali lipat (TPMS) – yang menyediakan area permukaan yang luas dengan penggunaan material yang minimal. Struktur seperti ini ditemukan di alam, misalnya pada sayap kupu-kupu, dan dalam aplikasi teknik seperti penukar panas.
Sel bahan bakar konvensional berat dan kompleks, karena dibangun dalam tumpukan datar yang terdiri dari lebih dari 75 persen komponen logam. Komponen-komponen ini diperlukan untuk segel dan kontak listrik, namun membuat sistem ini tidak cocok untuk aplikasi bergerak seperti pesawat terbang. Profesor Vincenzo Esposito dari DTU Energy dan Peneliti Senior Venkata Karthik Nadimpalli dari DTU Construct melaporkan dalam Energi Alam bahwa sel bahan bakar monolitik yang sepenuhnya terbuat dari keramik menghasilkan lebih dari satu watt per gram – kepadatan daya yang relevan untuk ruang angkasa.
“Saat ini, menggunakan konversi energi berbasis listrik, seperti baterai dan sel bahan bakar, tidak masuk akal untuk aplikasi luar angkasa. Namun desain sel bahan bakar baru kami mengubahnya. Ini adalah yang pertama yang mendemonstrasikan rasio Watt terhadap gram-atau daya spesifik-yang dibutuhkan untuk ruang angkasa, sambil menggunakan teknologi ramah lingkungan yang berkelanjutan,” katanya.
Sel Oksida Padat Gyroidal Monolitik, atau “Monolith”, dapat beroperasi dalam mode sel bahan bakar dan elektrolisis. Dalam pengujian, sel ini menghasilkan hidrogen hingga sepuluh kali lebih banyak dibandingkan dengan SOC konvensional. Selain itu, strukturnya tetap stabil di bawah fluktuasi suhu 100 ° C dan tidak menunjukkan tanda-tanda delaminasi.
“Kami juga menguji sistem dalam kondisi ekstrem, termasuk perubahan suhu 100°C, dan berulang kali beralih antara mode sel bahan bakar dan elektrolisis. Sel bahan bakar bertahan dengan mengesankan, tidak menunjukkan tanda-tanda kegagalan struktural atau lapisan yang terpisah,” kata Esposito, penulis korespondensi.
Para peneliti juga menunjukkan aplikasi potensial dalam eksplorasi ruang angkasa. Misi NASA saat ini, seperti eksperimen MOXIE di Mars, bergantung pada sistem produksi oksigen dengan berat lebih dari enam ton. Pengaturan yang sebanding berdasarkan teknologi DTU dapat dikurangi hingga 800 kilogram. Dalam jangka panjang, para ilmuwan melihat potensi lebih lanjut untuk optimasi melalui elektrolit yang lebih tipis dan pengumpul arus yang lebih hemat biaya.
“Namun, saya percaya bahwa kami dapat meningkatkan sistem lebih lanjut dengan menggunakan elektrolit yang lebih tipis, pengumpul arus yang lebih murah, seperti perak atau nikel, bukan platinum, dan bahkan desain yang lebih ringkas.”
