グリーン水素製造技術は、水素経済の実現に不可欠である。なぜなら、グレー水素とは異なり、グリーン水素は製造過程で大量の二酸化炭素を排出しないからである。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電解セル（SOEC）は、汚染物質を排出しないことから注目を集めている。これらの技術の中でも、高温固体酸化物電解セルは、高効率かつ高速な製造速度という利点を持つ。
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部で水素イオンを移動させる高温SOEC技術である。これらの電池は、動作温度を700℃以上から500℃以下に下げる技術を採用しており、これによりシステムサイズと価格の削減、劣化の遅延による長期信頼性の向上を実現している。しかしながら、電池製造工程において比較的低温でプロトンセラミック電解質を焼結させる主要なメカニズムが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ある。
韓国科学技術院エネルギー材料研究センターの研究チームは、この電解質焼結メカニズムを発見したと発表した。これは商業化の可能性を高めるものであり、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となる。
研究チームは、電極焼結中の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、過渡電解質から少量の気体焼結補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。気体焼結補助剤は稀で、技術的に観察が困難である。そのため、プロトンセラミック電池における電解質の緻密化が、気化する焼結剤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気体焼結剤を検証し、その反応が電解質の固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電池の中核となる製造プロセスを設計することが可能になった。
「今回の研究により、陽子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」と研究者らは述べた。「今後は、大面積・高効率の陽子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。」
投稿日時：2023年3月8日