녹색수소 생산을 위한 고체산화물 전해전지의 상용화를 앞당기는 발견

그린수소는 그레이수소와 달리 생산 과정에서 이산화탄소가 많이 발생하지 않기 때문에 궁극적인 수소경제 실현을 위해서는 그린수소 생산기술이 반드시 필요하다. 재생에너지를 이용해 물에서 수소를 추출하는 고체산화물전해전지(SOEC)는 오염물질을 배출하지 않아 주목받고 있다. 이러한 기술 중 고온 고체 산화물 전해 전지는 높은 효율과 빠른 생산 속도라는 장점이 있습니다.

양성자 세라믹 배터리는 양성자 세라믹 전해질을 사용하여 물질 내에서 수소 이온을 전달하는 고온 SOEC 기술입니다. 이들 배터리 역시 작동 온도를 700℃ 이상에서 500℃ 이하로 낮추는 기술을 적용해 시스템 크기와 가격을 줄이고 노화를 지연시켜 장기적 신뢰성을 높인다. 그러나 전지 제조 공정 중 상대적으로 낮은 온도에서 양성자성 세라믹 전해질을 소결시키는 핵심 메커니즘이 명확하게 규명되지 않아 상용화 단계로 나아가기 어렵다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구센터 연구팀은 이러한 전해질 소결 메커니즘을 발견해 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. .

연구팀은 전극 소결 시 전이상이 전해질 치밀화에 미치는 영향을 기반으로 다양한 모델 실험을 설계하고 수행했다. 그들은 과도 전해질에서 소량의 기체 소결 보조 재료를 제공하면 전해질의 소결을 촉진할 수 있음을 처음으로 발견했습니다. 가스 소결 보조제는 드물고 기술적으로 관찰하기 어렵습니다. 따라서 양성자 세라믹 셀의 전해질 치밀화가 기화 소결제에 의해 발생한다는 가설은 제시된 적이 없다. 연구팀은 전산과학을 이용해 기체 소결제를 검증했고, 그 반응이 전해질 고유의 전기적 특성을 손상시키지 않는다는 것을 확인했다. 따라서 프로톤 세라믹 전지의 핵심 제조공정 설계가 가능하다.

연구진은 "이번 연구를 통해 양성자 세라믹 배터리의 핵심 제조 공정 개발에 한 걸음 더 다가갔다"고 말했다. 향후 대면적, 고효율 프로톤 세라믹 전지 제조 공정을 연구할 계획이다."