고온수증기전기분해(HTSE) 장치의 수소생산 및 열 화학적 특성을 파악하고자 COMSOL Multiphysics®를 사용해 2차원 정상상태 수치해석을 실시하였다. 계산을 위한 주요 파라메터로는 작동전압, ASR(Area-specific Resistance) 및 유입가스의 온도와 압력 등이다. 해석결과 1.2454 V에서 Thermal-neutral Voltage가 나타나고, 작동 전압이 증가함에 따라 Cell의 내부 온도가 단조 증가하는 것이 아니라 Thermal-neutral Voltage를 기준으로 낮은 전압에서는 Cell의 온도가 감소하고, 높은 전압에서는 Cell의 온도가 증가하였다. 또한, ASR 값이 증가함에 따라 Cell 내부의 온도는 하강하고, 수소생산율도 낮아지는 경향을 보였다.

수소에너지는 풍부한 자원으로부터 얻을 수 있는 2차 청정에너지로서 연소 및 반응 생성물이 환경을 오염시키지 않을 뿐만 아니라 에너지의 수송 및 저장이 용이한 화학적 매체이다. 물의 전기분해를 이용한 수소제조는 오염을 유발시기지 않으면서도 영구적인 재생에너지 시스템으로 이용할 수 있다. 고온 수증기전해의 핵심기술은 분해된 산소 또는 프로톤 이온이 전해질을 통해 신속하게 전달될 수 있는 전해질의 개발이 제1 핵심요건이며, 이어서 전류효율에 큰 영향을 미치는 전해질막과 전극재료의 접합기술의 확보가 중요한 핵심 요소기술이다.

Hydrogen production via high high-temperature steam electrolysis consumes less electrical energy than compared to conventional low low-temperature water electrolysis, mainly due to the improved thermodynamics and kinetics at elevated temperaturetemperatures. The elementalElemental powders of Cu, Ni, and YSZ are were used to synthesize high high-temperature electrolysis cathodecathodes, of Ni/YSZ and Cu/YSZ composites, by mechanical alloying. The metallic particles of the composites were uniformly covered with finer YSZ particles. Sub-micron sized pores are were homogeneously dispersed in the Ni/YSZ and Cu/YSZ composites. In this study, The cathode materials were synthesized and their Characterizations properties were evaluated in this study: It was found that the better electric conductivity of the Cu/YSZ composite was measured improved compared tothan that of the Ni/YSZ composite. Slight A slight increase in the resistance can be produced for in a Cu/YSZ cathode by oxidation, but it this is compensated offset for by a favorable thermal expansion coefficient. Therefore, Cu/YSZ cermet can be adequately used as a suitable cathode material of in high high-temperature electrolysis.

이트리아 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia, YSZ)를 전해질로 선정하여 소결조건에 따른 열적 안정성과 전기적인 특성을 분석하였다. SEM사진으로 소결온도가 증가할수록 입자가 커지므로 상대적으로 기공은 줄어드는 것을 보였고 입자크기에 따른 영향을 확인하였다. 전기적 특성을 알아보고자 2단자법(2-probe method)으로 800~1000℃의 오도에서 교류 임피던스 측정을 통하여 전해질 내의 저항과 전기전도도 측정으로 입자 내부 저항 및 전기적 성능을 평가하였다. 소결온도가 1400℃일 때 건식법과 습식법에서 밀도는 각각 6.13, 6.25 g/cm3이며, 상대밀도는 각각 98, 99%였다. 소결온도가 올라갈수록 저항은 낮아지고, 전도도는 커지는 것을 확인할 수 있으며, 건식 및 습식법으로 제작한 전해질의 전기전도도는 10000℃에서 각각 8.8×10-2,;11×10-2 S/cm이었다.