질량전달 제어로 SOEC 스택 내구성 한계 극복 (2026.05.21)

홍종섭 교수 연구팀(임장현 석사 졸업생, 이우석 박사 졸업생 등)은 현대자동차 및 한국과학기술연구원(KIST)과의 공동연구를 통해 고체산화물전해전지(SOEC) 스택의 내구성 한계를 극복하기 위한 질량전달 제어 기반 스택 구조를 개발하였다. 연구팀은 상용 대면적 SOEC 스택 내부에서 연료 유입부에 수증기 농도와 전류밀도가 집중되어 Ni–YSZ 연료극 미세구조 열화가 가속되는 문제에 주목하고, 미세 슬릿이 패턴된 slit-sheet 구조를 도입해 연료 공급, 확산 및 반응 분포를 균일화하였다. 장시간 가혹 운전, 3차원 다물리 시뮬레이션, FE-SEM 사후분석을 통해 해당 구조가 유입부의 고습·고반응 환경을 완화하고 니켈 고갈·조대화 및 전기적 연결망 손상을 억제함을 입증하였다. 특히 최적화 스택은 기존 스택 대비 500시간 기준 열화율을 8%에서 3% 수준으로 낮추고, 2,000시간 이상의 장기 운전에서도 안정적인 내구성을 보였다. 본 연구는 별도의 전극 소재 변경 없이 스택 내부 수송 현상을 제어하여 고온 수전해 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있는 실용적·확장 가능한 설계 전략을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 본 연구 성과는 에너지 분야의 권위 있는 국제 학술지인 Joule(2025년 기준 Impact Factor 37.1, JCR Energy & Fuels 상위 1.3%)에 게재되었다.

관련 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102485