[ 목 차 ]

1. 개요
2. 산업 분석
3. 기술 개발 동향
4. 주요 플레이어 특허 동향
5. 전략제품 기술 개발 전략

1. 개요 가. 정의 퍀 세라믹 전해전지 스택 이란 고체산화물 전해질을 이용해 (Ceramic electrolysis Cell stack) ℃ 이상의 고온수증기를 전기분해하여 수소를 생산하는 고온 수전해 시스템 내의 650~800 가장 중요한 핵심부품임 ▪고온 수전해란 수증기 주입 후 전기에너지를 인가하여 전기화학적인 분해반응 (H2O+energy → H2+1/2O2 에 의해 물이 수소와 산소로 분리하여 수소를 생산하는 방식으로 세라믹 전해전지 스택은 ) 전기에너지를 받아 물을 수소와 산소로 분해하여 수소를 생산하는 핵심역할을 담당하고 있음 ▪세라믹 전해전지는 잉여전력을 연료가 되는 수소로 전환하여 저장할 수 있어 에너지 저장장치로 활용이 가능하며 가장 높은 온도에서 작동되기 때문에 수전해 시스템 중에 가장 높은 효율을 보임 , ▪세라믹 전해전지는 특히 재생에너지 풍력 태양광 등 연계하여 부하변동 대응이 가능하며 생산된 ( , ) , 수소는 대용량 장기간 저장이 가능하고 수소차 발전용 연료전지 연료로 활용 가능하기 때문에 탄소 , , 중립 수소경제에 있어서 매우 중요한 장치임, 세라믹 전해전지 원리 및 스택 모식도 [ ] 퍀 세라믹전해전지 스택의 구조는 전해질 산화전극 환원전극 밀봉재 연결재로 구성되어있으며, , , , , 세라믹 전해전지 스택13. - 2 - 단전지 셀 를 여러 개 쌓아서 원하는 전기용량을 구현함( , Cell) . 세라믹 전해전지 스택의 구성요소 [ ] 종 류 특징 전해질 (electrolyte)  산소이온을 전달하는 매개체  대표적 소재로 ZrO2계 (YSZ), CeO2계 (GDC, SDC), Bi2O3 계 , LaGaO3 계가 있음  높은 이온전도도 및 낮은 전자전도도가 요구됨  양극의 반응가스의 분리역할도 중요하므로 치밀해야 하며 산화환원 분위기에서 , 화학적 열적 안정성을 가지고 있어야 함,  가장 중요한 소재로 연료극 공기극에도 정도 함유가 되어 있음, 50% 산화전극 (Anode)  수증기이 분해되어 수소와 산소이온으로 분리되는 산화반응이 일어나는 전극 즉 , 수소가 발생  대표적 소재로 등이 있음Ni/YSZ cermet, Ni/Ceria cermet, Ni, Co, Ru, Pt metal  높은 이온전도도 및 높은 전자전도도가 요구됨  전극반응의 활성점 작용하는 전해질과 전극 기상간의 삼상계면, (TPB, Triple Phase 의 효과적 구성을 위해 다공성으로 이루어져 있음Boundary) 환원전극 (Cathode)  전해질을 통해 산소이온이 넘어와 산소로 환원되는 전극 즉 산소가 발생,  대표적 소재로 LaMnO3계 , LaCoO3 계가 있음  높은 이온전도도 및 높은 전자전도도가 요구  전극반응의 활성점 작용하는 전해질과 전극 기상간의 삼상계면, (TPB, Triple Phase 의 효과적 구성을 위해 다공성으로 이루어져 있음Boundary) 밀봉재 (Seal)  기계적인 결합재로 인접한 셀 요소들을 잘 밀봉하여 가스누설이 없고 전기적 분로가 발생하지 않도록 하는 역할을 함  대표적 소재로 계 유리 계 유리 등이 있음BaO , CaO  낮은 이온전도도 및 낮은 전자전도도가 요구되며 치밀한 특성이 요구됨, 연결재 (Interconnect)  셀과 셀을 전기적으로 연결시키고 반응가스를 분리시키는 역할을 함  대표적인 소재는 합금계 계 등 사용(Fe-Cr )  낮은 이온전도도 및 높은 전자전도도가 요구됨 전략품목 현황분석 - 3 - 나. 필요성 퍀 최근 국내외적으로 탈탄소화 전략을 추구함에 따라 수소경제가 탄소경제를 대체하는 새로운 에너지 페러다임 전환이 시작되었으며 한국의 혁신 성장의 핵심 분야 떠오르고 있음, . 재생에너지를 연계한 수전해 방식을 이용하여 그린수소 생산을 통해 탄소중립을 달성하고자 하는 니즈가 증가하고 있고 관련 에 대한 관심이 고조되고 있음 R&D ▪수소에너지기반 친환경 에너지 사용하는 수소사회 건설 및 새로운 경제 체제를 도입하여 화석연료 자원빈국에서 그린수소 산유국으로 진입을 비전으로 정부에서 새로운 수소경제 활성화 로드맵 “ ” 발표(2019.1.17.) ▪수소 시장 확대로 인해 수소 수요가 년까지 현재의 배에 이를 것으로 예측 년 2050 10 (2017 수소위원회 자료 되어 수소 생산 및 조달 계획 필요하며 탄소중립을 달성하기 위해서는 그린수소 ) , 생산방식의 핵심인 수전해 방식으로 수소 생산하는 방식을 극대화할 필요성이 있음. ▪ 태양광 풍력 발전 등 간헐 특성 재생에너지의 급격한 보급으로 인해 전력망 안전성이 크게 , 훼손되어 있음 이를 극복하기 위해 재생에너지로 생산된 전력을 수전해를 이용하여 수소로 생산. , 저장한 후 이를 사용하는 수소인프라를 극대화하는 정책이 수립되고 있음 전 세계 수전해 시장은 년 억 달러에서 년 억 달러로 연평균 성장할 - 2020 84 2024 176 20.3% 것으로 전망되고 있으며 년 신규 수전해 설비 가 설치 될 것으로 계획되어 있음, 2023 1433.1 MW . 수소생산( , KISTEP, 2021.3) - , , 고온 수전해방식의 경우 에너지 효율이 가장 높으며 비부식성 전해질이라는 장점을 가지고 있으나 고온운전으로 인해 소재열화현상 단열필요성 등 문제가 대두되어 저온운전이 가능한 고효율 , 고내구성 소재 기술 및 가스 누출 없이 스택을 조립할 수 있는 기술 확보가 매우 중요함. - ( ) 국내 고온 수전해 연구로는 에너지기술연구원에서 평관형 세라믹 스택 고체산화물스택 을 이용하여 고온 수전해 수소제조기술이 있으며 현재 고온 가역 연료전지 수전해 시스템 개발 추진 중임, - . 퍀 국내 연료전지 및 수전해 시스템 기술은 선진국 수준의 약 에 육박하고 있으나80~90% , 세라믹전해전지 스택의 핵심소재 및 부품 등 중소기업에서 주로 담당하는 요소기술은 선진국에 비해 크게 떨어져 있어 향후 수입의존도가 높을 것으로 예상되며 일부 소재는 , 전략물자로 구분되어 수입이 불가한 실정임. ▪전해질 산화전극 환원전극에 사용되는 세라믹 분말의 조성 제어 입자크기제어 등 분말제조기술, , , , 얇고 균일두께의 휨없는 대면적 전해질 전극 제조를 위한 성형 및 열처리 기술 등이 스택의 성능과 , 내구성을 좌우하는 핵심기술로 국내 중소기업의 경우 일본 등 선진국에 비해 관련 기술 수준이 낮은 편에 속해 소재 기술 확보가 시급한 실정임. ▪세라믹 전해전지 스택 조립시 금속소재를 이용한 연결재 제조시 연결재의 유로설계 및 내구성 , 금속소재를 이용한 성형제조 기술의 확보가 매우 필요함. 퍀 세라믹 전해전지 스택의 보급을 위해서는 가격경쟁력을 확보하는 것이 매우 중요하며 이를 , 위해서는 저온 운전 고성능 고내구성을 확보할 수 있는 기술 개발이 매우 중요함, , . ▪ ℃ 이상의 고온 운전시 셀 스택킹시 셀 간 사용하는 연결재의 재질로 금속의 사용이 어려워 800 스택성능 확보가 어려우며 단열비용도 매우 높아지고 셀의 소재도 고온작동으로 인해 장시간 사용 , , 후 변형을 초래할 수 있어 저온 운전 가능한 소재 확보를 위한 연구가 필요함.