이강택 한국과학기술원(KAI
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이강택 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구진이 개발한 마이크로파 기반 초고속 소결 공정과 기존 소결 공정 모식도./KAIST 이산화탄소를 배출하지 않고 수소를 만드는 ‘그린수소’ 시대가 한 걸음 더 가까워졌다. 국내 연구진이 핵심 장비인 고체산화물 전해전지(SOEC)를 단 10분 만에 완성할 수 있는 초고속 제조 기술을 개발했다. 기존에는 같은 과정을 마치는 데 6시간 이상 걸렸다.이강택 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구진은 전해전지를 만드는 데 필요한 ‘소결(sintering)’ 과정을 대폭 단축하고 온도도 1400도에서 1200도로 낮추는 데 성공했다고 28일 밝혔다.소결은 세라믹 가루를 고온에서 구워 서로 단단히 붙이는 과정이다. 이 단계가 잘 이뤄져야 전지 안에서 수소와 산소가 섞이지 않고(폭발 위험 방지), 전류가 원활히 흐르며, 전지의 수명도 길어진다. 문제는 이 과정에 수십 시간의 고온 가열과 냉각 시간이 필요하다는 점이었다.연구진은 여기에 ‘마이크로파 체적가열(Volumetric Heating)’ 기술을 도입했다. 전지를 겉에서가 아니라 내부부터 동시에 가열하는 방식으로, 기존보다 훨씬 빠르고 균일하게 열을 전달한다. 그 결과 소결 과정 전체가 약 70분 만에 완료됐고, 이는 기존 공정보다 30배 이상 빠른 속도다.기존 방식은 전지의 핵심 재료인 세리아(CeO₂)와 지르코니아(ZrO₂)가 너무 높은 온도에서 서로 섞여 품질이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나 새 기술은 이 두 재료가 적절한 온도에서만 단단히 붙도록 제어해, 빈틈 없는 전해질층을 형성하는 데 성공했다.이렇게 만든 전지는 750도에서 분당 23.7mL의 수소를 생산했고, 250시간 이상 안정적으로 작동했다. 3차원 디지털 트윈(가상 시뮬레이션) 분석에서도 초고속 가열이 재료의 미세 구조를 조절해 수소 생산 효율을 높이는 것으로 확인됐다.이 교수는 “이 기술은 고성능 전해전지를 훨씬 빠르고 효율적으로 만들 수 있는 새로운 제조 패러다임”이라며 “에너지와 시간을 크게 절약할 수 있어 상용화 가능성이 높다”고 말했다.이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난 2일 실렸으며, 표지논문으로 선정됐다.참고 자료Advanced Materials(2025), DOI: 이강택 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구진이 개발한 마이크로파 기반 초고속 소결 공정과 기존 소결 공정 모식도./KAIST 이산화탄소를 배출하지 않고 수소를 만드는 ‘그린수소’ 시대가 한 걸음 더 가까워졌다. 국내 연구진이 핵심 장비인 고체산화물 전해전지(SOEC)를 단 10분 만에 완성할 수 있는 초고속 제조 기술을 개발했다. 기존에는 같은 과정을 마치는 데 6시간 이상 걸렸다.이강택 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구진은 전해전지를 만드는 데 필요한 ‘소결(sintering)’ 과정을 대폭 단축하고 온도도 1400도에서 1200도로 낮추는 데 성공했다고 28일 밝혔다.소결은 세라믹 가루를 고온에서 구워 서로 단단히 붙이는 과정이다. 이 단계가 잘 이뤄져야 전지 안에서 수소와 산소가 섞이지 않고(폭발 위험 방지), 전류가 원활히 흐르며, 전지의 수명도 길어진다. 문제는 이 과정에 수십 시간의 고온 가열과 냉각 시간이 필요하다는 점이었다.연구진은 여기에 ‘마이크로파 체적가열(Volumetric Heating)’ 기술을 도입했다. 전지를 겉에서가 아니라 내부부터 동시에 가열하는 방식으로, 기존보다 훨씬 빠르고 균일하게 열을 전달한다. 그 결과 소결 과정 전체가 약 70분 만에 완료됐고, 이는 기존 공정보다 30배 이상 빠른 속도다.기존 방식은 전지의 핵심 재료인 세리아(CeO₂)와 지르코니아(ZrO₂)가 너무 높은 온도에서 서로 섞여 품질이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나 새 기술은 이 두 재료가 적절한 온도에서만 단단히 붙도록 제어해, 빈틈 없는 전해질층을 형성하는 데 성공했다.이렇게 만든 전지는 750도에서 분당 23.7mL의 수소를 생산했고, 250시간 이상 안정적으로 작동했다. 3차원 디지털 트윈(가상 시뮬레이션) 분석에서도 초고속 가열이 재료의 미세 구조를 조절해 수소 생산 효율을 높이는 것으로 확인됐다.이 교수는 “이 기술은 고성능 전해전지를 훨씬 빠르고 효율적으로 만들 수 있는 새로운 제조 패러다임”이라며 “에너지와 시간을 크게 절약할 수 있어 상용화 가능성이 높다”고 말했다.이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)
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