수소 경제의 궁극적인 실현을 위해서는 친환경 수소 생산 기술이 필수적입니다. 기존의 회색 수소와 달리 친환경 수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 대량으로 배출하지 않기 때문입니다. 재생 에너지를 이용하여 물에서 수소를 추출하는 고체 산화물 전해 전지(SOEC)는 오염 물질을 배출하지 않는다는 장점으로 주목받고 있습니다. 이러한 기술 중에서도 고온 고체 산화물 전해 전지는 높은 효율과 빠른 생산 속도라는 장점을 가지고 있습니다.
프로톤 세라믹 배터리는 프로톤 세라믹 전해질을 사용하여 물질 내부에서 수소 이온을 전달하는 고온 SOEC(고체산화물 전기화학 전지) 기술입니다. 이 배터리는 작동 온도를 700°C 이상에서 500°C 이하로 낮추는 기술을 사용하여 시스템 크기와 가격을 줄이고, 노화를 지연시켜 장기적인 신뢰성을 향상시킵니다. 그러나 배터리 제조 공정 중 비교적 낮은 온도에서 프로톤 세라믹 전해질을 소결하는 핵심 메커니즘이 명확하게 규명되지 않아 상용화 단계로 나아가기 어려운 실정입니다.
한국과학기술연구원 에너지소재연구센터 연구팀은 이전에는 발견되지 않았던 차세대 고효율 세라믹 배터리의 전해질 소결 메커니즘을 발견했다고 발표하며 상용화 가능성을 높였다.
연구팀은 전극 소결 중 과도상태가 전해질 치밀화에 미치는 영향을 기반으로 다양한 모델 실험을 설계하고 수행했습니다. 그 결과, 과도상태의 전해질로부터 소량의 기체 소결 보조제를 공급하면 전해질 소결이 촉진된다는 사실을 최초로 발견했습니다. 기체 소결 보조제는 희귀하고 기술적으로 관찰하기 어렵기 때문에, 양성자 세라믹 전지에서 전해질 치밀화가 기화된 소결 보조제에 의해 발생한다는 가설은 지금까지 제기된 적이 없었습니다. 연구팀은 전산 과학을 이용하여 기체 소결 보조제를 검증하고, 해당 반응이 전해질의 고유한 전기적 특성을 저해하지 않음을 확인했습니다. 따라서, 양성자 세라믹 전지의 핵심 제조 공정을 설계하는 데 이 방법을 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다.
"이번 연구를 통해 양성자 세라믹 배터리의 핵심 제조 공정 개발에 한 걸음 더 다가섰습니다."라고 연구진은 밝혔습니다. "앞으로 대면적 고효율 양성자 세라믹 배터리의 제조 공정을 연구할 계획입니다."
게시 시간: 2023년 3월 8일