(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 이강택 교수 연구팀이 그린수소 생산 핵심인 고성능 전해전지를 초고속 제조하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
이산화탄소를 배출하지 않는 그린수소 생산의 핵심은 고체산화물 전해전지(SOEC)다. SOEC는 전지를 이루는 세라믹 분말을 고온에서 굳히는 소결 과정이 필요하다.
연구팀은 마이크로파를 이용해 재료를 내부부터 균일하게 가열하는 '체적가열' 기술을 적용해 기존 수십 시간 소요되던 소결 과정을 30배 이상 단축하는데 성공했다.
기존에는 1400도 이상의 고온에서 장시간 처리해야 했는데, 이번 연구에서는 마이크로파를 이용해 내부부터 동시에 가열함으로써 단 10분 만에 1200도에서도 안정적인 전해질 형성이 가능함을 입증했다.
공정시간은 하나의 전지를 완성하기 위해 필요한 가열, 유지, 냉각 과정을 모두 포함한 전체 제조 시간을 의미한다. 기존 일반 소결 공정은 약 36.5시간이 소요됐으나, 이번 마이크로웨이브 기술은 70분 만에 완료 가능하다.
특히 새롭게 제작된 전지는 750도에서 분당 23.7밀리리터(mL)의 수소를 생산하고 250시간 이상 안정적으로 작동했다.
또 3차원 디지털 트윈 분석(가상 시뮬레이션)을 통해 초고속 가열하는 소결 공정이 전해질(전지 속 재료)의 치밀도를 높이고, 연료극 내 산화니켈(NiO) 입자의 비정상적으로 커지지 않도록 조절함으로써 수소 생산 효율을 향상한다는 사실을 규명했다.
이 교수는 "이번 연구는 고성능 고체산화물 전해전지를 신속하고 효율적으로 제조할 수 있는 새로운 제조 패러다임을 제시한 성과"라며 "기존 공정 대비 에너지 소비와 시간 비용을 획기적으로 절감할 수 있어 상용화 가능성이 매우 높다"고 말했다.
기계공학과 유형민, 장승수 박사과정생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '어드벤스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 온라인판에 게재됐다.
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