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고체 산화물 전해조에 의한 수소 생산 기술개발

전문가 제언: ○ 고온 고체산화물 전해조(SOEC: Solid Oxide Electrolyzer Cell)가 경제적인 수소연료생산에 큰 잠재력을 가졌다. 고온 수증기 전기분해법은 고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)의 역반응으로, 고온에서 수증기를 전기분해하기 때문에 저온에서 물을 전기분해하는 것 보다 전해전압이 낮아 적은 전력을 이용하여 수소를 효율적으로 생산할 수 있다.

○ 본고에서는 SOEC의 최신기술을 검토하였다. 이온전도전해질 및 전극과 같은 중요한 수증기전해조 부품을 요약 및 토의하고 YSZ(Yttria- stabilized Zirconia)와 LSGM(Lanthanum Strontium Gallate Magnesite)이 각각 고온과 중위 온도에서 작동하는 SOEC의 유망한 전해질임을 설명하였다.

○ 2중 도핑이나 차단 층을 적용하면 Sm3+과 Gd3+으로 도핑한 CeO 전해질(SDC 혹은 GDC)이 중위온도에서의 SOEC의 유망한 전해질이 된다. Ni-YSZ는 최적의 음극 재질이다. 비록 LSM(Lanthanum-Strontium Maganate)-YSZ가 널리 SOEC 양극으로 사용되나 LDF(Lanthanum- doped Ferrite)-YSZ와 같은 다른 재질에 대하여 연구할 필요가 있다.

○ 전해조의 구조를 고려하면 평판 SOEC가 제작의 용이성, 그리고 더 양호한 전기화학적 성능으로 튜브형 전해조보다 선호된다. 양극 편극소거가 SOEC 수소제조에서 전력소비를 절감하는 효율적인 방법이다. 비록 몇 몇 전기화학적 모델과 유체 유동모델이 있으나 현존하는 문헌은 SOEC의 열/질량 전달 및 전기화학적 반응 현상에 대한 상세한 모델링 분석은 부족하다.

○ 새로운 구조와 양극 편극소거에 의한 SOEC의 수학적 모델링 연구는 SOEC개발에 유용한 결과를 초래할 것이다. 수소경제시대에 대비하여 우리나라에서도 SOEC에 의한 수소생산기술의 확립이 절실한 현실이다.

저자: Meng Ni, Michael K.H. Leung, Dennis Y.C. Leung
자료유형: 학술정보