고체 산화물 전해질 전지(SOEC)
유리가 화성 생존의 열쇠가 될 수 있을까요?
다른 행성에서도 생명체가 살 수 있을까요? 미국 항공우주국 NASA는 이 질문에 대한 답을 얻기 위해 2020년 7월 화성에 탐사선 Perseverance를 보냈습니다. Perseverance 탐사선은 2021년 2월, 7개의 독특한 장비를 장착하고 화성에 착륙했습니다. 이들을 활용해 그 어느 때보다도 화성 탐사가 더욱 진척될 수 있을 것으로 기대됩니다. 가장 흥미로운 것 중 하나는 MOXIE("화성 산소 ISRU 실험", ISRU는 "현장 자원 활용"을 의미함)입니다. 이 실험은 화성 대기의 이산화탄소에서 전기분해를 통해 산소를 추출하는 첫 시도입니다. MOXIE는 미국 기업인 OXEon Energy에서 개발한 고체 산화물 전기분해(SOXE) 스택을 사용합니다. 우주를 통과하는 과정에서 스택은 다음과 같은 극한 조건에 노출됩니다. 로켓 발사 및 착륙 시 발생하는 진동과 충격을 견뎌야 할 뿐만 아니라 -55°C에서 800°C 이상의 온도 범위에서도 작동해야 합니다. OXEon은 임무 기간 동안 스택의 높은 효율을 유지하기 위해 SCHOTT의 특수 글라스세라믹 밀폐제를 사용합니다.
MOXIE 작동 원리
MOXIE는 OXEon Energy에서 개발한 고체 산화물 전기분해(SOXE) 스택을 사용하여 CO2를 O2로 변환합니다. 작동 요소는 한 쪽 면의 음극과 다른 쪽 면의 양극으로 코팅된 적층형 전해질 지지 전지로 구성됩니다. 서로 연결된 플레이트가 가스를 스택을 통해 분리하고 유도합니다. 이러한 플레이트는 SCHOTT의 내열성과 내누출성이 뛰어난 글라스세라믹으로 밀봉됩니다.
CO2가 인가된 전위 하에서 음극을 통해 흐르면 반응이 일어나 전기분해됩니다. CO는 소진되고 산소 이온은 SOXE를 통해 양극으로 전기화학적으로 유도되어 산화됩니다. O 원자가 결합하여 O2를 생성합니다.
안전한 밀폐 접합으로 전기분해 스택을 결합하는 유리 밀봉
SOXE 스택을 생성하는 동안 유리 분말을 용융시켜 세라믹 전해질과 전지의 금속 상호연결부 사이의 결합을 형성합니다. 밀봉 유리는 금속 및 세라믹의 정확한 열 팽창 계수와 일치하도록 만들어져 온도 변화에도 안정적인 완벽한 밀폐 밀봉을 생성합니다. 또한 스택의 일부로 직렬로 전환되는 전지의 상호연결부는 고온에서도 무알칼리성 유리에 의해 전기적으로 절연됩니다.
SCHOTT 전자 패키징의 기술 영업 관리자인 Jens Suffner 박사는 "극한의 온도와 높은 힘은 MOXIE에 특별한 도전 과제를 안겨주었습니다."라고 설명합니다. "많은 유형의 유리가 500 °C 이상의 온도에서 부드럽고 탄력적으로 변합니다." 이를 방지하기 위해 SCHOTT는 결정질 상이 정의된 특수 밀봉 유리를 사용합니다. 이는 화성에 실재하는 열악한 조건에서도 유리 밀봉을 기밀하고 충분한 강도로 유지합니다.
MOXIE가 성공을 거두면 화성 유인 탐사에 대혁신을 일으킬 수 있습니다. 유인 우주 임무를 수행하는 데 필요한 호흡할 수 있는 공기를 현장에서 직접 생성할 수 있습니다. 생성된 산소는 로켓 연료 생산을 위한 산화제로도 사용됩니다. 이를 통해 귀환 비행을 위한 과제의 필수적인 부분을 해결할 수 있습니다. 지금까지 화성으로 가는 길은 편도로 여겨져 왔습니다.
SCHOTT 밀봉 유리가 화성에서 견딜 수 있는 이유
