녹색 수소 생산 기술은 수소 경제 실현에 절대적으로 필요한 기술입니다. 회색 수소와 달리 녹색 수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 많이 배출하지 않기 때문입니다. 재생 에너지를 이용하여 물에서 수소를 추출하는 고체 산화물 전해 전지(SOEC)는 오염 물질을 배출하지 않아 주목을 받고 있습니다. 이러한 기술 중 고온 고체 산화물 전해 전지는 높은 효율과 빠른 생산 속도라는 장점을 가지고 있습니다.
양성자 세라믹 전지는 양성자 세라믹 전해질을 사용하여 재료 내에서 수소 이온을 전달하는 고온 고체 전해질 전지(SOEC) 기술입니다. 또한, 이 전지는 작동 온도를 700°C 이상에서 500°C 이하로 낮추는 기술을 사용하여 시스템 크기와 가격을 줄이고, 노화를 지연시켜 장기 신뢰성을 향상시킵니다. 그러나 전지 제조 공정 중 비교적 낮은 온도에서 양성자 세라믹 전해질을 소결시키는 핵심 메커니즘이 아직 명확하게 규명되지 않아 상용화 단계로 나아가기 어렵습니다.
한국과학기술연구원 에너지소재연구센터 연구팀은 이러한 전해질 소결 메커니즘을 발견해 상용화 가능성을 높였다고 밝혔습니다. 이는 기존에 발견되지 않았던 차세대 고효율 세라믹 전지입니다.
연구팀은 전극 소결 중 전해질 밀도 증가에 대한 과도상(transient phase)의 영향을 기반으로 다양한 모델 실험을 설계하고 수행했습니다. 연구팀은 과도상 전해질에서 소량의 기체 소결 보조제를 공급하여 전해질의 소결을 촉진할 수 있음을 최초로 발견했습니다. 기체 소결 보조제는 드물고 기술적으로 관찰하기 어렵습니다. 따라서 양성자 세라믹 전지의 전해질 밀도 증가가 기화 소결제에 의해 발생한다는 가설은 제시된 적이 없습니다. 연구팀은 계산과학을 이용하여 기체 소결제를 검증하고, 이 반응이 전해질의 고유한 전기적 특성을 손상시키지 않음을 확인했습니다. 따라서 양성자 세라믹 전지의 핵심 제조 공정을 설계할 수 있었습니다.
연구진은 "이번 연구를 통해 양성자 세라믹 배터리의 핵심 제조 공정 개발에 한 걸음 더 다가갔습니다."라고 밝혔습니다. 향후 대면적 고효율 양성자 세라믹 배터리의 제조 공정을 연구할 계획입니다.
게시 시간: 2023년 3월 8일