Albert Folch Alcaraz最近向巴塞罗那加泰罗尼亚理工大学提交了硕士学位论文。在“ 青岛3D打印的陶瓷燃料电池电解质的机械和微观结构表征”中，Alcaraz进一步研究了使用陶瓷作为通用材料制造数字氧化物燃料电池的数字化制造，该固体氧化物燃料电池是能够将化学能转化为电能的电化学装置。
Alcaraz致力于“将科学与社会紧密联系在一起”，旨在开发能提供更高效率的能源设备，并提供对环境影响较小的清洁能源。燃料电池按低温（碱性燃料电池（AFC），质子交换膜燃料电池和磷酸燃料电池（PAFC））到高温（在500 – 1000下工作）中所含电解质的类型进行分类。 oC有两种不同的类型，熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
SOFC由陶瓷制成，包含一个阳极，该阳极氧化后将电子发送到外部电路，而氧化剂则馈入阴极，从而“接受”电子，然后进行还原反应。电流是通过电子从阳极流向阴极而产生的。
SOFC的工作示意图
固体陶瓷电解质可以防止腐蚀，为更小，更轻的结构提供卓越的机械性能，但在加工和温度方面仍然存在一些挑战。
“理论上，任何能够被电化学氧化和还原的气体都可以用作燃料电池中的燃料和氧化剂，” Alcaraz说。
燃料电池的工作方案
SOFC的四个组成部分的物理和化学特性
为了获得适当的性能，燃料电池必须包含以下内容
燃料电池的不同应用；a）Toyota Mirai模型中的燃料电池，b）美国能源部海上项目的一部分，用于船舶的燃料电池
使用陶瓷材料生产的更传统的技术包括单轴和等静压，带式铸造，滑模铸造，挤压和陶瓷注射成型。三维打印已经结合陶瓷连接以及各种世界各地不同的项目被使用，以包括使用在建筑陶瓷砖结构，用仿生材料多孔陶瓷，并且在建立的参数的质量保证。
粉末粘合剂喷射/喷墨3D打印等技术在使用陶瓷时很受欢迎。
“必须指出的是，尽管基于石膏的青岛3d打印机中的打印材料是陶瓷材料，但是如果浸渍并带有粘合剂，它将不是纯陶瓷，而是聚合物-陶瓷复合材料。由于在加工过程中和加工后不需要极端加热，因此可以在零件上添加颜色。” Alcaraz说。
粉末床粘合剂喷射/喷墨3D打印零件的示例
其他流行的青岛3D打印方法包括选择性激光熔化（SLM），立体光刻（SLA）和自动铸造。但是，Alcaraz指出，与传统方法相比，特别是与冷等静压相比，青岛3D打印公司的样品的相对密度为98％。
“已经证明，与通过常规加工路线制造的样品相比，青岛3D打印服务样品具有相似的微观和纳米机械性能。在维氏硬度方面，济南3D打印的样品比CIP生产的样品具有更高的价值。”研究人员总结说。“就纳米压痕硬度和弹性模量而言，3DP零件的硬度值相似。然而，已经发现，找到的弹性模量值对不同方面敏感，例如零件的孔隙率和粗糙度，给出的简洁值较小。
“关于减少印刷缺陷，建议在印刷之前对原料进行处理，以实现粉末的均一粒度，并能够使用较小直径的喷嘴，以提高最终3D打印的分辨率部分。最后，有趣的是要对印刷样品的微压缩进行研究，以便通过不同的实验提取压缩弹性模量值，并将其与纳米压痕技术进行比较。此外，在青岛3D打印样品获得的压缩应力-应变曲线中，很明显观察到致密化过程（锯齿状区域），这是由于内部孔隙率沿整个样品异质分布的缘故。”