KIST(한국과학기술연구원·원장 윤석진)는 지호일·이종호·강형묵 에너지소재연구센터 박사팀이 차세대 고효율 세라믹 전지인 '프로톤 세라믹 전지'의 전해질 소결 메커니즘을 규명해 상용화 가능성을 높였다고 20일 밝혔다.

프로톤 세라믹전지는 깨끗한 수소인 '그린수소' 및 다양한 화학연료를 높은 효율 및 신뢰성으로 생산할 수 있는 친환경 고효율 에너지 변환 장치다. 하지만 난소결성인 프로톤 세라믹 전해질이 전지 제조과정 중 상대적으로 낮은 온도에서 치밀화되는 핵심 메커니즘이 구체적으로 밝혀지지 않아 전지 제조공정 설계가 어려워 상용화 단계로의 진입이 어려웠다. 

연구진은 프로톤 세라믹 전지의 전해질-전극 소결 과정에서 전극에 생성되는 중간상이 전해질의 치밀화에 영향을 준다는 사실에 착안해 다양한 모델실험을 설계하고 수행했다. 그 결과 전극에서 생성되는 중간상으로부터 미량의 소결조제(소결체 밀도 향상 및 소결온도를 낮추기 위해 의도적으로 첨가하는 기능성 물질)물질이 기화되어 전해질로 공급됨으로써 전해질의 소결을 촉진한다는 사실을 최초로 규명했다. 

연구진은 계산과학을 통해 기체상태의 소결조제를 금정하고, 해당 반응이 전해지르이 고유한 전기적 특성을 저해하지 않음을 확인했다. 이 같은 성과를 바탕으로 프로톤 세라믹 전지의 핵심 제조공정 설계가 가능할 것으로 기대된다.

지호일 박사는 "프로톤 세라믹 전지의 핵심 제조공정개발에 한걸음 더 가까워졌다. 향후 대면적 고효율 프로톤 세라믹 전지의 제조공정 연구를 진행할 계획"이라며 "대면적화 기술이 성공적으로 개발되면 재생에너지와 연계한 그린수소 생산은 물론 차세대 원자력기술과 연계한 핑크수소 생산도 가능해 세라믹 전지의 상용화를 앞당겨 수소경제 구현을 앞당기게 될 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 에너지분야 국제학술지 'ACS Energy Letters'최신호에 게재됐다.