日本太陽誘電與東京科學大學、東京理科大學、雙葉產業共同開發出一款採用懸臂(Cantilever)結構、兼具高斷熱性與耐熱性的「微型反應器(Microreactor)」。透過此項技術可使固體氧化物燃料電池(SOFC)將縮小至手掌尺寸,且即使在內部溫度超過600℃、持續發電的狀態下,裝置外殼仍可直接手持,展現出極為優異的隔熱性能。
SOFC是一種可將化學燃料高效率轉換為電能的能源裝置,近年來作為離網型(Off-grid)電源備受關注。相較於鋰離子電池,SOFC可實現更高的能量密度,且不僅能使用氫氣,亦可利用乙醇、丙烷氣等多樣燃料,具有高燃料選擇彈性等優點。然而,要將SOFC縮小至手掌尺寸且同時維持高溫運作與安全性,仍面臨許多技術挑戰。
為此,太陽誘電研究團隊利用釔安定氧化鋯(YSZ)製作「微型反應器」,並在其內部形成可導入燃料氣體的微流道結構。在反應器中央,搭載了太陽誘電自行開發的「金屬支持型SOFC電池單元」,該電池具備可承受快速升溫的高熱穩定性。
在裝置結構方面,外殼採用耐熱樹脂進行3D列印成形,內部則層疊鋁蒸鍍的聚醯亞胺薄膜(Kapton Polyimide Film)薄膜,以有效抑制輻射熱。此外,將反應器內部氣體由一般空氣置換為氪氣(Kr),進一步提升整體斷熱性能。透過上述多重設計,裝置可在常溫下於5分鐘內迅速升溫至SOFC的工作溫度600℃以上,並在600℃~750℃的中溫操作區間內,實現超過0.7 W/cm²的發電性能。
此次使用於發電特性評估的試作裝置,共整合一片金屬支持型SOFC電池單元、啟動用加熱器、熱電偶、多層斷熱結構以及微流道系統。整體外形尺寸約為5 cm × 5 cm × 5 cm,重量低於100 g,成功實證了SOFC掌上型化的可行性。