“电解CO₂资源化”……化学研究院攻克SOEC耐久性极限[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 24 May.2026 12:00(KST)

解决高温下电解质界面开裂问题…CO₂处理性能提升3.6倍
有望生产航空燃料和塑料原料…工业碳资源化商业化指日可待

利用电能分解二氧化碳（CO₂），将其转化为航空燃料和塑料原料的下一代碳资源化技术，距离商业化又近了一步。

韩国化学研究院（KRICT）24日表示，由 Kim Mincheol、Park Jihun、Jinhee Lee 博士组成的研究团队，解决了被视为镍基固体氧化物电解装置（SOEC）最大难题的高温耐久性问题，并开发出将CO₂高效转化为一氧化碳（CO）的制造技术。

利用固体氧化物电解电池进行二氧化碳电化学还原工艺的示意图。研究团队供图

SOEC是一种通过对CO₂施加电能，将其转化为CO的装置。生成的CO可与氢气结合生成合成气，用作可持续航空燃料（SAF）、甲醇、塑料及工业化学材料生产的关键原料。该技术因能够将排放的碳重新利用为工业原料，而备受关注，被视为代表性的碳循环技术。

现有SOEC最大的问题，是在高温运行过程中出现的电解质界面剥离现象。近期的高性能SOEC同时使用作为氧离子导体的钇稳定氧化锆（YSZ）和镓掺杂氧化铈（GDC），由于两种材料的热膨胀系数不同，在反复收缩和膨胀过程中，各层之间产生裂缝。这一直被认为是长期运行时性能下降和寿命缩短的主要原因。

与普通结构相比，通过界面调控型复合电解质层提升界面稳定性和转化效率差异的对比示意图。研究团队供图

研究团队在两种电解质之间插入了复合中间层，解决了这一问题。通过在不同材料之间加入“缓冲垫层”，来吸收热变形差异。尤其是在工艺上，团队采用了将电极浸入溶液再提出的浸涂（Dip-coating）工艺，替代昂贵的沉积设备，从而还具备了大面积制造的可行性。

性能提升效果也十分显著。表示单位面积CO₂处理速度的电流密度，从既有的0.59 A/cm²提高到2.14 A/cm²，提升约3.6倍。研究团队表示，这是“在镍基SOEC中处于世界最高水平的CO₂处理性能”。

此外，表示电能实际用于CO₂转化反应比例的法拉第效率也保持在较高水平。开发出的SOEC在1.6V高负载条件下连续运行80小时后，仍保持初始性能的91%，验证了其出色的耐久性。

化学研究院研究团队。自左起为责任研究员 Park Jihoon、责任研究员 Lee Jinhee、化学研究院-UST 学生研究员 Rustam Yuldashev、高级研究员 Kim Mincheol、博士后研究员 Kwak Jongmin、博士后研究员 Nam Wonbin。化学研究院供图

研究团队目前已在硬币大小的小型电池上完成性能验证，今后正推进向手机大小的平管型电池扩展应用的相关研究。研究团队表示，一旦进一步掌握大规模堆栈制造和可再生能源耦合技术，该成果有望扩展为工业用CO₂资源化装置。

韩国化学研究院院长 Shin Seokmin 表示，这是“一举解决了阻碍固体氧化物电解装置CO₂转化效率和商业化的耐久性问题的成果”。

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本次研究结果已作为封底封面论文刊登在国际学术期刊《Advanced Science》2026年3月刊上。化学研究院–科学技术联合研究生院大学（UST）学生研究员 Rustam Yuldashev 作为第一作者参与了本研究。本研究通过化学研究院基本项目以及环境部下属韩国环境产业技术院资助项目得以实施。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。