[한국기술뉴스] 인천대학교 신소재공학과 명재하교수 연구팀은 고품질로 대면적의 대량생산이 가능한 전해질 지지체를 개발했다. 개발된 기술은 인천대학교 산학협력단을 통해 2020년 02월 06일 특허를 출원(출원번호 제1020200014425호)했다. 특허 명칭은 '고체산화물 전지의 전해질 제조용 조성물, 이의 제조 방법, 전해질 제조용 그린테이프의 제조 방법 및 전해질 지지체 제조 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

고체산화물 전지는 고온(600~900도)에서 작동하는 전기화학 장치로서, 수소와 산소를 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지입니다. 고체 산화물 전지는 두 전극(연료극, 공기극)과 전해질로 구성되어 있습니다. 고온에서 운전하는 특징을 가지고 있기 때문에 소재의 결합 문제와 열적 불안정성에 대한 문제가 대두되고 있습니다.

최근 가역 고체산화물의 작동온도를 낮추면서 높은 성능을 유지하기 위한 소재로서 적합한 LSGM에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 대부분의 연구에서는 전해질 지지체를 만들기 위해 전통적인 세라믹 공정인 가압법과 폴리싱 등의 후가공을 통해 전해질 지지체를 만들고 있습니다.

그러나 종래의 생산법은 전해질 지지체의 크기가 한정적이므로, 대면적 크기의 제품을 제조하는 데 어려움이 있습니다. 또한 폴리싱 공정을 거치기 때문에 값비싼 LSGM 원료를 낭비한다는 문제가 있습니다.

인천대학교 명재하 교수 연구팀은 대량생산 및 대면적 생산이 가능한 고품질의 전해질 지지체 제조 방법을 발명했습니다.

LSGM 분말과 용매, 바인더 등을 특정 물질 및 특정 비율로 혼합하여 고분산의 테이프 캐스팅용 슬러리를 제조합니다. 이후 테이프 캐스팅 공정을 통해 그린테이프를 제조합니다. 제조한 LSGM 그린테이프를 라미네이팅 공정을 통해 전해질 지지체의 두께를 제어하고, 레이저 가공 공정을 통해 형상 및 크기를 제어합니다. 이후 소결하여 고밀도 및 고평탄도를 가지는 전해질 지지체를 제조합니다.

본 발명의 고체산화물 전지의 전해질 제조용 조성물은 분산성과 점도성 및 가소성이 우수하여 테이프 캐스팅 공정을 통해 고품질, 대면적의 전해질 지지체를 대량 생산할 수 있습니다.

제조된 전해질 지지체는 구조가 치밀하고 기공률이 낮아 고성능의 가역 고체산화물 전지에 적용될 수 있습니다. 이를 통해 저렴하고 신뢰성 있는 고체산화물 전지의 제조가 가능할 것으로 기대됩니다. 또한, 고체산화물 전지의 상용화 및 보급화에 핵심적인 기여를 할 것으로 예상됩니다.