釜山大学开发单一工艺电解质技术 提升固体氧化物燃料电池商业化水平
材料工学系 Park Beomgyeong 教授团队，将1400℃多阶段工艺成功转为1250℃单一工艺
降低成本、提升性能，实现长期稳定与大面积生产…加速能源创新
釜山大学（校长 Choi Jaewon）20日表示，材料工学部 Park Beomgyeong 教授研究团队开发出一种新的单一工艺双层电解质技术，可最大化用于高效燃料电池和水电解的固体氧化物电池（SOC，Solid Oxide Cell）的产业化应用性。
水电解是利用电能将水分解为氢气和氧气的过程。
该技术采用以“钇稳定氧化锆（YSZ）”和“掺杂 Sm（钐）的氧化铈（SDC）”为电解质材料的双层结构，极大简化了高温同时烧结工艺，并进一步提升电池性能。电解质是在电化学装置中起到传导离子的介质作用的物质。在固体氧化物电池（SOC）中，电解质主要传导氧离子，使燃料电池或电解电池得以运行。
固体氧化物电池（Solid Oxide Cell，SOC）是通过电化学装置将燃料转化为电能，或将电能转化为燃料的电池，主要包括固体氧化物燃料电池（SOFC，Solid Oxide Fuel Cell）和固体氧化物电解电池（SOEC，Solid Oxide Electrolysis Cell）。
这些固体氧化物燃料电池及水电解系统（SOFC/SOEC）因其较高的能量转换效率和多样的燃料适用性，被视为实现碳中和的重要技术而备受关注。尤其是由氧化锆（YSZ）和氧化铈构成的双层电解质，是开发高性能燃料极支撑型电池的关键核心部件。然而，为了有效实现这一结构，需要在约1400℃下进行多阶段工艺，并且在最终共烧结过程中会形成电绝缘物质，从而导致电池内阻增加的问题。
此外，一般由于氧化铈烧结性能较差，工艺步骤较多；在高于1250℃的工艺温度下，氧化锆（YSZ）与氧化铈之间的反应会被促进，生成不利的绝缘物质。
Park Beomgyeong 教授研究团队通过设计并应用烧结特性优异的掺杂 Sm 的氧化铈（SDC），开发出 YSZ/SDC 双层电解质，并基于胶带流延产业工艺，实现了在单一 1250℃ 工艺下完成烧结的技术。该工艺将原有的多阶段工艺加以简化，有助于降低成本、提高生产率，并可最大化电池性能。
尤其是 1250℃ 单一工艺不仅能大幅降低相较以往的能源成本，还通过抑制氧化锆（YSZ）与氧化铈之间的反应性、改善燃料极孔隙结构质量，从而起到提升电池性能的一举两得效果。此外，所开发的电解质还表现出比传统 YSZ/GDC（掺杂钆的氧化铈）组合更优异的界面传导特性。
研究团队利用本次开发的技术，制作了 5×5 ㎤ 尺寸的电池，不仅验证了该技术实现大面积化的可能性，还证明了其长期稳定性同样出色。结果表明，应用该技术的电池可实现约 2.15 W/㎤ 的功率密度和 2.95 A/㎤ 的水蒸气电解电流密度。
Park Beomgyeong 教授表示：“本研究成果为既有双层电解质组成及工艺条件提供了重要的战略方向，从而为进一步提高固体氧化物电池的商业可行性打开了道路。”
本论文由釜山大学材料工学部 Park Beomgyeong 教授担任通讯作者，硕士研究生 Kim Suwan 和硕士研究生 Jeong Haein 共同担任第一作者，研究获得韩国电力公司电力研究院支持（对外公开征集基础研究）以及科学技术信息通信部资金下科学技术事业化振兴院的支持（产学研合作平台构建示范项目）。
该研究成果已发表于国际学术期刊《Journal of Materials Chemistry A》9月2日版，论文题目为“Improved bi-layer electrolytes of solid oxide cells: the role of a Sm0.2Ce0.8O2-δ diffusion barrier layer”。
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