グリーン水素製造用固体酸化物電解セルの商業化を加速させる発見

グリーン水素製造技術は、水素経済の実現に不可欠です。なぜなら、グリーン水素はグレー水素とは異なり、製造時に大量の二酸化炭素を排出しないからです。再生可能エネルギーを用いて水から水素を抽出する固体酸化物形電解セル（SOEC）は、汚染物質を排出しないという点で注目を集めています。これらの技術の中でも、高温固体酸化物形電解セルは、高効率と高速生産という利点を有しています。

プロトンセラミック電池は、プロトンセラミック電解質を用いて材料内で水素イオンを移動させる高温SOEC技術です。これらの電池は、動作温度を700℃以上から500℃以下に下げる技術も採用しており、システムの小型化と価格の低減、そして経年劣化の遅延による長期信頼性の向上を実現しています。しかし、電池製造プロセスにおいてプロトンセラミック電解質を比較的低温で焼結させる鍵となるメカニズムが未だ明確に解明されていないため、実用化段階への移行は困難です。

韓国科学技術研究院エネルギー材料研究センターの研究チームは、この電解質の焼結メカニズムを発見し、商業化の可能性を高めたと発表した。これは、これまで発見されていなかった新世代の高効率セラミック電池である。

研究チームは、電極焼結過程における過渡相が電解質の緻密化に及ぼす影響に基づき、様々なモデル実験を設計・実施した。その結果、過渡相の電解質から少量のガス状焼結助剤を供給することで、電解質の焼結を促進できることを初めて発見した。ガス状焼結助剤は希少で、技術的に観察が困難であったため、プロトンセラミックセルにおける電解質の緻密化が焼結助剤の蒸発によって引き起こされるという仮説はこれまで提唱されていなかった。研究チームは計算科学を用いてガス状焼結助剤の挙動を検証し、反応が電解質特有の電気特性を損なわないことを確認した。これにより、プロトンセラミックセルのコア製造プロセスを設計することが可能となった。

「今回の研究により、プロトンセラミック電池の中核となる製造プロセスの開発に一歩近づきました」と研究者らは述べています。今後は、大面積・高効率のプロトンセラミック電池の製造プロセスを研究していく予定です。