研究人員利用 3D 打印技術以及受珊瑚啟發的結構設計出輕巧而強大的燃料電池。這一新設計由丹麥科技大學 (Technical University of Denmark) 研發，命名為單體 Gyroidal 固體氧化物電池 (Monolithic Gyroidal Solid Oxide Cell)，簡稱「The Monolith」。這款燃料電池的特點在於其「完全陶瓷」的構造，這消除了傳統燃料電池中超過 75% 重量的金屬組件，從而使其更加輕便。
燃料電池是一種靈活的技術，廣泛應用於多個行業，例如氫能汽車。這項技術還可用作醫院、數據中心和船舶的電力供應。通過電解過程產生和儲存能量，使燃料電池在穩定可再生能源系統方面具備極高的價值。這一新設計的研發過程僅需五個步驟，使用了數學優化的設計，採用三重週期最小表面 (triply periodic minimal surface, TPMS)，特別是 Gyroid 結構。這種設計旨在擁有最大的表面積，同時保持最輕的重量。這種架構促進了氣體的自由流動，改善了熱量分布並增強了機械穩定性。
值得注意的是，Monolith 燃料電池在重量上表現出色，產生的功率超過每克一瓦特。資深研究員 Venkata Karthik Nadimpalli 表示，目前基於電力的能源轉換技術，如電池和燃料電池，不適合航空航天應用。但這一新型燃料電池設計的出現改變了這一現狀，首次展示了航空航天所需的瓦特與克比率（或特定功率），並使用可持續的綠色技術。除了更輕巧外，這款新型的 DTU 燃料電池還提供了幾個優勢，使其具備「顛覆性」潛力。這款燃料電池在極端條件下的耐用性令人印象深刻，能夠承受 100°C 的溫度變化。團隊還多次將燃料電池在發電和儲能模式之間切換，並未發現結構故障。此外，在電解模式下，這些燃料電池的氫氣產生速率幾乎是標準模型的十倍。
這一新型的單體陶瓷燃料電池設計在製造過程上特別引人注目，因為其製造過程簡化了許多步驟。相較之下，傳統的固體氧化物電池堆需要數十個步驟並使用多種會隨時間降解的材料。新設計僅需五個步驟完成，這一過程去除了重金屬組件和脆弱的密封，從而使系統更加耐用。此技術的發展可能會對航空航天行業帶來重大影響，因為一架標準商用噴氣機需要 70 噸的噴氣燃料來運行。如果用鋰離子電池替代這些燃料，所需的電池重量將達到 3,500 噸，這使得飛機過於沉重而無法飛行。同樣，傳統燃料電池也因設計依賴平坦的重型電池堆及金屬部件而過重，這限制了其在航空等移動應用中的使用。
不過，新型燃料電池克服了這一挑戰，采用輕便的設計。此外，新型燃料電池的高抗壓性使其非常適合要求苛刻的太空任務，例如 NASA 的火星氧氣就地資源利用實驗 (MOXIE)。該 MOXIE 項目從火星大氣中產生氧氣，所使用的設備重量超過六噸，而新的輕量級燃料電池設計僅需 800 公斤，這將大幅降低太空發射的成本。研究人員相信這一設計可以進一步改進。Nadimpalli 表示：「我仍然相信我們可以通過使用更薄的電解質、更便宜的電流收集器（如銀或鎳替代鉑）以及更緊湊的設計來進一步改善系統。」這些研究結果已發表在《Nature Energy》期刊上。
