고성능 세라믹 전지 제작 공정 조건 500℃ 이상 낮췄다 작성일 12-04 25 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">KAIST</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="5TqC8nMVef"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e3f3420f8fddbabca6ee77c059ce41267a2f6de0f14dd3902585f2ca8a26ad81" dmcf-pid="1LleX7FYnV" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="(왼쪽부터) 이강택 KAIST 교수, 김동연 KAIST 기계공학과 박사, 강예진 KAIST 기계공학과 박사과정생. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/04/dongascience/20251204113150385jspt.png" data-org-width="680" dmcf-mid="ZkRtaskLM4" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/04/dongascience/20251204113150385jspt.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> (왼쪽부터) 이강택 KAIST 교수, 김동연 KAIST 기계공학과 박사, 강예진 KAIST 기계공학과 박사과정생. KAIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="1584edb88b267b298120475d5acdc8627daa3bff4551a17bbe7dc9b73f8bca6f" dmcf-pid="toSdZz3GJ2" dmcf-ptype="general">고체 세라믹 막을 전해질로 사용하는 ‘프로토닉 세라믹 전기화학전지(PCEC)’의 초고온 제작 공정 한계를 해결할 수 있는 기술이 나왔다. </p> <p contents-hash="62501658b0427ca0364bb5341341d9e1b652c2dd9e3956f5313aa8ec91be5e5c" dmcf-pid="FgvJ5q0Hi9" dmcf-ptype="general">KAIST는 이강택 기계공학과 교수 연구팀이 전자레인지 원리와 마이크로파, 증기 제어 결합 기술을 이용해 기존보다 500℃ 이상 낮은 온도에서 빠르고 단단하게 고성능 프로토닉 세라믹 전기화학전지를 제작할 수 있는 새로운 공정을 개발했다고 4일 밝혔다.</p> <p contents-hash="20ed05835511c4915f00d59dd086f3c1cea0b85406da80f182e4a04c40b682db" dmcf-pid="3aTi1BpXeK" dmcf-ptype="general">인공지능(AI) 시대 전력 수요가 폭증하는 가운데 전기와 수소를 동시에 생산할 수 있는 프로토닉 세라믹 전기화학전지는 차세대 에너지 기술로 각광받고 있다. 프로토닉 세라믹 전기화학전지의 한계는 1500℃의 초고온에서 제작돼야 한다는 점이다. </p> <p contents-hash="bc620f44712bbfb32700404d5ceea4caeb37e00fc1642f9df7d30a2610aadcbe" dmcf-pid="0NyntbUZJb" dmcf-ptype="general">문제는 프로토닉 세라믹 전지의 핵심 재료인 전해질에 바륨(Ba)이 포함돼 있다는 것이다. 바륨은 1500℃ 이상 고온에서 쉽게 날아가 버려 전지 성능 저하의 주범이다. 낮은 온도에서 세라믹 전해질을 단단하게 굳힐 수 있는 기술이 전지 성능을 좌우하는 핵심 문제인 셈이다. </p> <p contents-hash="a508a17fcba80953a6cd091bba84a8323707a77789837fc5b9697a91b0e32081" dmcf-pid="pjWLFKu5LB" dmcf-ptype="general">연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘증기 확산(Vapor Phase Diffusion)’이라는 새로운 열처리 방법을 고안했다. 증기 확산 기술은 전지 옆에 증기 발생원을 배치하고 여기에 마이크로파를 조사해 증기가 빠르게 확산되도록 만드는 기술이다. </p> <p contents-hash="cc6d285b9f2ac736aa04b3390370ab519177b9f1083411bb9a7f19c946e6a837" dmcf-pid="UAYo3971eq" dmcf-ptype="general">온도가 약 800℃에 도달하면 보조 소재에서 나온 증기가 전해질 쪽으로 이동해 세라믹 입자를 단단하게 결합시킨다. 이런 기술 덕분에 기존 1500℃가 필요했던 공정을 단 980℃에서도 완성할 수 있다. 전해질 손상 없이 고성능 전기를 ‘낮은 온도’에서 만들어내는 세계 최초의 세라믹 전지 제작 기술이 탄생한 것이다.</p> <p contents-hash="b46ce7e9c69066f11097ff14f242c5444aea10581f3b5b16779bc24ec5e065ad" dmcf-pid="ucGg02ztRz" dmcf-ptype="general">개발한 공정으로 제작된 전지는 600℃에서 손톱만 한 1cm²크기 전지가 2W의 전력을 안정적으로 생산했다. 600℃에서 시간당 205mL의 수소를 생성하고 500시간 연속 사용에서도 성능 저하 없이 안정성을 유지했다. 205mL는 작은 종이컵 1컵 정도의 양으로 업계 최고 수준이다. </p> <p contents-hash="e121d7941cd5fda27bea35843ac96bdc86a5fa57cea73e81a06fc676c2d703c3" dmcf-pid="7r1cz69UL7" dmcf-ptype="general">연구팀은 디지털 트윈을 활용해 실제 실험에서는 관찰하기 어려운 전지 내부 미세 구조에서의 가스 이동 현상까지 분석하며 기술 신뢰성을 높였다.</p> <p contents-hash="8eeee8daf3ae8b4b40a771d3cd08265ee2672cd7f1643b2fdcbf21e835441a9d" dmcf-pid="zmtkqP2uiu" dmcf-ptype="general">이강택 교수는 “연구는 증기를 이용해 열처리 온도를 500℃ 이상 낮추면서도 고성능·고안정성 전지를 만든 세계 최초의 사례”라며 “AI 시대의 전력 문제와 수소사회를 앞당길 핵심 제조 기술로 자리 잡을 것으로 기대한다”고 강조했다.</p> <p contents-hash="20f0a5e6215276ae8c1b09fff7f6e9bed6e8d9acc5ec6c5c53e5e0a7e201a3b7" dmcf-pid="qsFEBQV7RU" dmcf-ptype="general">연구의 제 1저자는 김동연 KAIST 기계공학과 박사, 강예진 KAIST 기계공학과 박사과정생이다. 연구 결과는 에너지·재료 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈, Advanced Materials’에 10월 29일 게재되며 표지(Inside front cover) 논문으로 선정됐다. </p> <p contents-hash="7836759fe412c8c113f9e1ac62f743365828d620f9f4284bafcdc43ed6304c6b" dmcf-pid="BO3DbxfzJp" dmcf-ptype="general"><참고자료></p> <p contents-hash="4f8eda4a66b5fa0656cbba96bf58d833389d14d06bd3a832bdac58a5456cb3ce" dmcf-pid="bI0wKM4qn0" dmcf-ptype="general">-<span><span>DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202506905</span></span></p> <p contents-hash="f852e0262636bdd06d1e1a9984cd3d03ed0abd1e4b7553ff07ed4a014100da03" dmcf-pid="KCpr9R8BJ3" dmcf-ptype="general">[이채린 기자 rini113@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 “오픈AI, 기업 AX 최적 파트너 될 것” 12-04 다음 한국임업진흥원 “오픈이노베이션, 자원순환·탄소중립 등 ESG 가치 확산” 12-04 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
