▲ 산소공공 효과가 증폭된 세라믹 전극 표면에서 CO₂의 전기분해 저감 개념도.

국내 연구진이 기존 보다 높은 효율로 전력을 생산 할 수 있는 고체산화물전해전지(SOEC) 세라믹 전극을 개발해 탄소중립에 기여할 전망이다.

한국세라믹기술원(원장 유광수)은 신태호·이석희 박사 연구팀과 한국과학기술원(총장 이광형) 이강택 교수가 고효율 연료전지 발전과 CO₂ 전기분해가 가능한 고내구성 All-Ceramic SOEC 개발했다고 27일 밝혔다.

SOEC는 고온에서 CO₂로부터 CO를 생산하거나 전해질에 전력을 공급해 물 전기분해로 수소를 생산하는 시스템으로 탄소중립과 수소경제를 위한 차세대 핵심 기술로 주목받고 있다.

기존 니켈전극 사용 SOEC는 전해 활성은 뛰어나지만, 장시간 운전 시 니켈입자의 조대화 및 CO₂의 불완전 환원으로 인한 탄소 침착 등 해결해야하는 문제가 있다.

이를 극복하고자 연구팀은 새로운 산화물전극 소재로 망간(Mn)과 철(Fe)을 첨가하여 세륨산화물(CeO₂) 전극 표면에 산소공공을 극대화함으로써 연료전지의 전력생산 뿐만 아니라 전해전지에서 수소를 고효율로 생산하거나 CO₂를 전기분해하여 CO로 환원하고, 반대 전극에서 O₂를 발생하는 All-Ceramic SOEC를 연구했다.

그 결과 차별화된 고성능 이온전도성 페로브스카이트 전해질 지지체 기반의 All-Ceramic SOEC 기술을 완성했으며, 고효율 전력생산은 물론 수소생산과 CO₂ 전기분해 저감 활용으로 탄소중립 실현에 한발 다가서게 됐다.

SOEC 관련 세계 시장은 지속적으로 성장을 하고 있으나, 국내 관련 소재부품 기술은 물론 세라믹 제조공정 기술 확보가 미흡하여 전해질 기반 해외기업의 기술에 의존하고 있는 실정이다.

한국세라믹기술원 신태호 센터장은 “세륨산화물(CeO₂)의 결정구조 해석과 치환 금속에 따른 산소공공의 존재를 과학적으로 증명했고, 우수한 내구성과 90% 이상의 CO₂ 전기 변환 효율이 나왔다”라며, “차세대 전해질 기반 All-Ceramic SOEC 기술은 다양한 에너지 변환 분야에 접목되어 탄소중립의 실현하기 위한 핵심 기술이 될 것”이라고 말했다.