왼쪽부터 신태호 박사, 정원길 원장(한국세라믹기술원), John Irvine 교수, Gareth Miles(St Andrews), Mihails Kusnezoff 박사(Fraunhofer IKTS). 사진 제공: Harriet Sheridan, Global Office.2050 탄소중립과 관련하여 그린 수소를 생성할 수 있는 고체산화물 전해전지(SOEC)가 주목 받는다. SOEC(Solid Oxide Electrolysis Cell, 고온수전해)는 고온 세라믹 부품 소재들을 이용하여 고온에서 수증기를 전기분해하는 방식으로, 고효율 차세대 수전해(물 전기분해) 기술로 알려졌다.
이에 지난 몇 년간 수소에너지 관련 연구를 지속적으로 추진하고 있는 한국세라믹기술원(원장 정연길)은 최근 괄목할 성과가 도출되며 국제연구기관과의 협업을 통해 SOEC 기술고도화를 추진하고 있다.
한국세라믹기술원 신태호 박사 연구팀은 페로브스카이트 결정구조의 산소이온 전도성 세라믹 전해질 소재(Lantanum Strontium Gallium Magnesium Oxide, LSGM)를 기반으로 하는 고성능 SOEC 핵심기술을 개발하고 있다.
기존의 접촉식 코팅 방식은 기판이 특정 수준의 기계적 강도를 확보해야 했고, 이에 따라 고성능의 박판형 전해질 지지형 셀 제조에 어려움이 있었다. 이에 연구팀은 SOEC의 대면적 셀 제조 공정 어려움을 극복하기 위해 핵심기술인 비접촉식 코팅 공정(초음파 스프레이)과 높은 셀 제작 수율을 위한 AI 연동 기술을 개발하였다.
LSGM(LaGaO3 전해질 신소재) 소재를 기반으로한 SOEC 셀 개발 사진해당 기술을 통해 전극과의 계면 안정성을 탐색하여 고성능 LSGM 기반 SOEC를 구현하였으며, 초음파 스프레이 공정으로 대면적의 박판형 LSGM 전해질 지지형 셀 제조를 확립하였다. 또한 이미지 데이터 기반의 AI 연동 기술을 활용하여 높은 생산량을 보장하는 고품질 대면적 셀 제작 기술을 구축하였다.
이와 함께 지난 12월 11일에 한국세라믹기술원은 영국 세인트 앤드류스 대학교와 독일 프라운호퍼 세라믹전문연구소(IKTS)와 연구교류는 물론, SOEC 기술 고도화 및 검증을 위해 업무협약을 체결했다.
협약에 따라 한국세라믹기술원은 LSGM 전해질 기반 셀/초음파 스프레이 신공정 기술을 적용한 셀을 제작하고, 영국 세인트 앤드류스 대학교는 산화물 나노 전극 촉매를 적용한 LSGM 기반 셀의 성능 향상과 CO₂ 전기분해, 수소생산 성능 향상을 지원한다. 또한 독일 프라운호퍼 세라믹전문연구소(IKTS)는 국내에서 개발한 셀/스택의 수소생산성을 검증하고 대용량 power to X, CO₂ 전기분해 응용 기술 개발한다.
향후 한국세라믹기술원은 AI 연동 첨단 제조공정 활용을 통한 LSGM 전해질 기반 SOEC 제품군에 대한 안정적인 기초 공급 플랫폼을 확립할 계획이다. 또한 국내 SOEC 관련 소재 및 스택 제조 업체와의 적극적인 기술 지원을 제공하여 고도의 사업화 실현을 위해 노력할 예정이다.
한국세라믹기술원 신태호 박사는 “국내 유일 LSGM 전해질의 대면적 전해질 지지형 SOEC 셀 연구 개발과 AI 첨단 제조공정을 활용하고 있다”며, “축적된 국내 SOEC 세라믹 부품 소재 기술을 국제기관들과 협력하여 국내 SOEC 기술을 세계에 널리 알리고 사업화를 위한 기술 고도화의 선도적인 역할을 다하겠다”고 말했다.
