在韩国，已经开发出一项能够革命性缩短固体氧化物电解电池（Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC）“烧结（sintering）”时间的技术。
SOEC是利用太阳能、风能等可再生能源对水进行电解来生产氢气的绿色氢能（Green Hydrogen）生产核心技术。在生产绿色氢能时，需要在高温下将陶瓷粉末烧结致密化。然而，现有烧结工艺需要在1400摄氏度下持续6小时，效率偏低，这是其一大缺点。
（上排自左起）机械工学系博士课程在读 Park Hyungmin（上），机械工学系博士课程在读 Jang Seungsoo，（下排自左起）机械工学系硕博连读课程在读 Lee Donghun，机械工学系博士课程在读 Yoon Gayoung，机械工学系教授 Lee Kangtaek。KAIST 提供
View original imageKAIST机工系教授 Lee Kangtaek 研究团队改进了现有工艺缺点，于28日表示，已开发出一种“在10分钟内”即可完成绿色氢能用高性能电解电池的超高速制造技术。
该技术的核心“烧结”工序，是在高温下烧制构成电池的陶瓷粉末，使其牢固结合。如果这一过程不能正确完成，电池就会发生气体泄漏（氢气与氧气混合会有爆炸风险），氧离子也无法无损移动，从而难以使电极与电解质紧密贴合，电流传导也无法顺畅。换言之，电解电池的性能和寿命取决于烧结过程有多精细。
研究团队利用微波从材料内部开始均匀加热的“体积加热（Volumetric Heating，即微波等电磁波渗透至材料内部，由材料直接吸收能量并将部分能量转化为热量的方式）”技术，将原有烧结时间从6小时缩短至10分钟。同时还证明，即使将温度从1400摄氏度降至1200摄氏度，也能稳定形成电解质。
尤其是在以往工艺中，用于制造电池的必需材料氧化铈（CeO₂）和氧化锆（ZrO₂）在高温下会互相混合，导致材料品质下降。研究团队开发的新技术则通过控制在二者不互相混溶的适宜温度下实现牢固结合，从而形成无划痕、无缝隙的致密电解质层。
所谓工艺时间，是指完成一枚电池所需的加热、保温、冷却等全部工序在内的整体制造时间。在传统普通烧结工艺中，整体制造时间需要36.5小时。研究团队表示，引入微波技术后，整体制造时间可缩短至约70分钟。
通过上述工艺制成的电池，在750摄氏度条件下，每分钟可生产23.7毫升氢气；同时在超过250小时的连续运行中保持稳定，并展现出优异的耐久性。
此外，通过三维数字孪生分析（虚拟仿真），研究团队还揭示：在应用超高速加热烧结工艺时，可以提高电解质（电池内部材料）的致密度，并通过抑制燃料极中氧化镍（NiO）颗粒异常长大，从而提升氢气生产效率。
Lee 教授表示：“本次研究的意义在于，为高性能固体氧化物电解电池的快速、高效制造提出了一种全新的制造范式”，“相比现有工艺，本技术可大幅降低能源消耗和时间成本，具有较高的商业化潜力。”
此次研究中，机工系博士研究生 Ryu Hyungmin 和 Jang Seungsoo 以共同第一作者身份参与。研究成果近期已发表于国际学术期刊《Advanced Materials》在线版。
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