research area
Solid oxide electrochemical cells
Our Solid Oxide Electrochemical devices under active development at SSEMS can be broadly categorized as follows.
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
SOFC is a high-temperature fuel cell that uses ceramic components as the electrolyte and electrodes. Operating above 700 °C, it offers high electrical efficiency, fuel flexibility, and excellent suitability for combined heat and power systems. SOFC technology is already being commercialized with a rapidly growing market, while scale-up, cost reduction, and long-term reliability remain key research challenges.
Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC)
SOEC is a high-temperature electrolysis technology that efficiently converts steam and/or CO₂ into hydrogen or syngas. Thanks to its high operating temperature, SOEC achieves the highest electrical efficiency among water electrolysis technologies and is well suited for integration with renewable energy and waste heat. Current research focuses on durability, thermal management, and system integration for large-scale hydrogen production.
Proton-Conducting Fuel Cell (PCFC)
PCFC employs proton-conducting ceramic electrolytes and operates at intermediate temperatures below 600 °C. It combines the advantages of high efficiency, reduced degradation, and the ability to use dry fuels without external humidification. PCFC is an emerging technology with strong potential, while material stability, electrode kinetics, and long-term performance are active research topics.
Proton-Conducting Electrolysis Cell (PCEC)
PCEC is the electrolysis counterpart of PCFC, producing hydrogen through proton transport at intermediate temperatures. It enables highly efficient hydrogen production with lower thermal requirements compared to SOEC and can directly generate dry hydrogen. Key challenges include large-area cell fabrication, stack development, and long-term durability under realistic operating conditions.
SOFC/SOEC and PCFC/PCEC share very similar cell architectures and operating principles. However, the dominant mobile ion in the electrolyte is different (oxide ions vs. protons), which leads to substantial differences in materials chemistry—such as chemical stability and reactivity—as well as in electrode electrochemical reaction pathways and rate-limiting processes. As a result, many additional factors must be considered, including materials selection, electrode design, and optimization of operating conditions. Building on our experience with SOFC/SOEC, our team within the SSEMS group is now focusing on next-generation solid oxide electrochemical technologies, PCFC and PCEC.
본 연구단(SSEMS)에서 연구 중인 고체산화물 전기화학 디바이스는 아래와 같습니다.
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
SOFC는 전해질과 전극에 세라믹 소재를 사용하는 고온형 연료전지입니다. 일반적으로 700 °C 이상의 온도에서 작동하며, 높은 전기 효율과 연료 유연성, 그리고 열병합발전(Combined Heat and Power, CHP) 시스템과의 우수한 적합성을 제공합니다. SOFC 기술은 이미 상용화가 진행되며 시장이 빠르게 성장하고 있으나, 대면적·대용량 스케일업, 비용 절감, 장기 신뢰성 확보는 여전히 핵심 연구 과제입니다.
Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC)
SOEC는 고온에서 수증기 및/또는 CO₂를 수소 또는 합성가스(syngas)로 효율적으로 전환하는 수전해 기술입니다. 고온에서 작동하기 때문에 물 전기분해 기술 중 최고 수준의 전기 효율을 달성할 수 있으며, 재생에너지 및 폐열과의 통합 운전에도 적합합니다. 현재 연구는 내구성 향상, 열 관리, 그리고 대규모 수소 생산을 위한 시스템 통합에 집중되고 있습니다.
Proton-Conducting Fuel Cell (PCFC)
PCFC는 프로톤 전도성 세라믹 전해질을 사용하며 600 °C 이하의 중온 영역에서 작동합니다. 높은 효율과 낮은 열화(열·화학적 스트레스 감소)라는 장점에 더해, 외부 가습 없이도 건식 연료를 활용할 수 있는 잠재력을 갖습니다. PCFC는 성장 단계의 유망 기술로, 소재 안정성, 전극 반응 동역학, 장기 성능 확보가 활발한 연구 주제입니다.
Proton-Conducting Electrolysis Cell (PCEC)
PCEC는 PCFC의 수전해 대응 기술로, 중온 영역에서 프로톤 전도를 통해 수소를 생산합니다. SOEC 대비 낮은 열 요구량으로도 높은 효율의 수소 생산이 가능하며, 건식 수소를 직접 생성할 수 있습니다. 주요 도전 과제는 대면적 셀 제조, 스택 개발, 그리고 실제 운전 조건에서의 장기 내구성 확보입니다.