초록 ▼

1세부과제: 원자단위 분석 기반 촉매 구조 최적화 기술 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
나노 촉매 소재 및 이를 활용한 에너지소재기술은 ‘nano technology (NT)’, ‘environmental technology (ET)’ 등이 하이브리드 된 첨단 신소재로서 그 활용 범위가 넓으며 부가가치가 매우 큰 기술로서 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 따라서, 기초 기술 개발에서 나아가 응용 연구 및 대량 생산까지 이어지는 연구의 확대를 위하여, 단기적 지원이 아닌 10년 단위의 적극적이고 계

1세부과제: 원자단위 분석 기반 촉매 구조 최적화 기술 개발
Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
나노 촉매 소재 및 이를 활용한 에너지소재기술은 ‘nano technology (NT)’, ‘environmental technology (ET)’ 등이 하이브리드 된 첨단 신소재로서 그 활용 범위가 넓으며 부가가치가 매우 큰 기술로서 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 따라서, 기초 기술 개발에서 나아가 응용 연구 및 대량 생산까지 이어지는 연구의 확대를 위하여, 단기적 지원이 아닌 10년 단위의 적극적이고 계속적인 지원이 필요하다.

2세부과제: 고효율 수소제조용 SOEC 전극소재 및 내구성 향상연구
Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
본 연구는 수전해 내구성의 향상을 위한 소재기술 개발을 목표로 하고 있으며, 본 연구 결과는 미래부 다부처사업인 양방향 수전해 수소에너지 제조 및 저장기술에 활용될 예정임

3세부과제: 리튬이차전지용 나노 실리콘-탄소계 음극제 실용화 기술 개발
Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
- 1000 g/hr수준의 나노 Si 대량 생산 시스템을 포함한 플라즈마 및 유동층 반응 공정기술 개발
- C-코팅 최적화를 통한 나노 Si-C의 미세구조 제어와 특성 최적화 연구
- 1500 mAh/g 이상의 고용량 나노 Si-C구조체 합성을 통한 고용량 음극제조기술 개발

4세부과제: 직접발포 공정 이용 기공제어형 다공성 세라믹스 개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
[개요]
• 에너지환경 시스템 맞춤형 다공성 세라믹 소재 기술 개발
• 극초저공해용 고효율 초과엔탈피 연소기 대응 다공소재 기술 개발
• 펠릿형 촉매 지지체용 다공소재 기반기술 확립

[배경]
• 에너지·환경 시스템에서 열적, 구조적으로 안정하면서 다양한 기공 크기나 구조 및 형상을 갖는 다공성 세라믹 소재 요구에 대한 필요성을 충족시켜 소재-연소-촉매 분야와 융합연구를 통해 소재/부품 해외의존을 탈피할 수 있는 상용화 가능 기술 개발

[필요성]
• 기공제어형 다공성 세라믹 소재 : 에너지·환경 시스템 맞춤형으로 대응할 수 있는 세라믹 다공소재 기술개발을 위해 기공 크기, 형상, 구조 및 물성이 제어가 가능한 직접발포(Direct Foaming) 공정기술 개발 및 이를 위한 소재-시스템 부서간 융합연구 필요
• 허니컴형 연소기 소재 : 기존 연소 분야에서 사용되던 산화물계 세라믹(코디어라이트, 알루미나) 허니컴소재의 낮은 내열성 한계(용융, 연화)로 인해 고온 산화/환원/부식성 분위기에서 내구성을 담보할 수 있는 멀티채널 다공성 세라믹 소재 필요
• 펠릿형 촉매 지지체 : 수증기 개질반응용 펠릿형 촉매지지체의 경우, 열 및 물질 전달성능 제한과 압력손실 및 채널링 현상으로 인해 느린 응답특성을 보이는 한계를 해결하기 위한 열안정성이 우수하며 고비 표면적을 갖는 미세기공 셀 구조의 세라믹 다공소재 필요

5세부과제: 섬유강화 복합재 기반 구조전지용 소재 기초기술 개발
Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1차년도에는 구조전지 전극용 나노-카본 복합체 전극 개발을 위한 연구를 수행하여, 탄소섬유 직물의 비표면적을 기존 대비 20배 이상 증대하여 기술목표를 초과달성 하였다. 본래의 연구계획상으로는 2,3차년도 연구수행을 통해 구조전지 성능시험용 유닛 셀을 설계 및 제작하고 그 전기적/기계적 성능 시험 및 검증을 수행하는 것을 연구목표로 하였다. 그러나 1차년도 연차평가 결과, 연구주제의 아이디어는 독창적이고 미래선도형 연구로 적절하나, 실제 전지로 활용하기에는 기술적 달성목표가 낮다는 의견에 따라 과제중단이 결정되었다. 실제 과제 기획 시 계획하였던 고체전해질 기술개발 협력연구 등이 과제규모의 감소 문제로 전부 생략한 채 진행되어 원활한 과제수행에 어려움이 있었던 것이 사실이다.
본 연구주제는 국내외에서 높은 관심 속에 연구가 진행 중인 핵심 돌파구 기술이 될 수 있으므로, 추후 후속 연구가 진행된다면 구조전지에 필수적인 고체전해질 기술개발을 병행하고, 기술 실용화 가능성을 보다 명확히 보이기 위해 구조전지 구성요소 중 일부 요소의 하중지지 특성에 집중하여 기술개발목표 중 에너지밀도 등 전지성능 관련 목표수준을 대폭 향상시키는 방향으로 과제를 기획하는 것이 좋을 것으로 보인다.

6세부과제: 계층형 혼성구조 세라믹 기반 능동형 전기화학 소재 개발
Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
- 미국/유럽의 평판형 연료전지와 일본의 원통형 연료전지가 지역적인 연료전지 중심 기술로 발전하면서 Bloom energy (미) 및 일본 연료전지 제조업체-석유가스 업체 제휴 브랜드인 ENERFARM(일)이 본격적인 상용화 추진
- 최근 중국, 미국 및 유럽을 중심으로 기존 연료전지 기술의 한계에 대한 극복 방안으로 가역 연료전지 기술 및 Symmetric structure를 이용한 Smart 한 개념의 연료전지 기술에 대한 관심이 고조되고 있음
- 미국의 경우 2005년부터 DOE Nuclear Hydrogen Initiative (NHI) 에서 원자력시스템과 연계를 목표로 열화학적인 방법과 고온수전해 방법으로 수소를 제조하는 기술에 대한 연구를 진행 중 이며 타당성 검증을 실시하였음. 2009년 말에는 NHI 프로그램이 종료된 뒤 NGNP (Next Generation Nuclear Plant)에 적합한 수소 생산기술로 고온수전해 수소 제조방식을 채택한 후 연구를 계속 수행 중임
- 금속 이중층 수산화염을 낱장의 나노층으로 유도할 경우 층의 표면전하는 양전하를 띠며, 이를 이용하여 음전하를 띠는 이온이나 혹은 분자와 정전기적 상호작용을 할 수 있다. 이러한 자기조립 전략을 바탕으로, LDH와 음이온이 결합한 새로운 초분자 소재, LDH와 음전하를 띠는 2차원 나노시트 소재, LDH와 양자점과 혼성소재등 다양한 LDH 기반 혼성 소재가 보고되었다.
- 최근 중국 Nanyang Technology University의 Wen Lou 그룹에서는 MOF의 한 종류인 ZIF-67을 주형으로 사용하여 LDH/MOF 혼성소재를 합성하고 내부에 있는 MOF를 Cobalt hydroxide shell(Co(OH)₂)로 전환하여 Double-shelled CH@LDH를 개발하였다. 이 소재는 Li-S 배터리의 전극으로 활용 사용되었는데 기존 Carbon 전극소재보다 뛰어난 저장용량을 보였다 (Angew. Chem, Int. Ed. 2016, ASAP).
- Domen 그룹은 약 0.14%의 평균 양자 수 율을 가진 (Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x) 광촉매 재료를 이용하여, 가시광 조사하에서 H₂ 및 O₂ 로 물 분해를 보여주었다.
- 고온형 수전해 수소제조 연구를 수행하는 국내 주요 기관으로서 한국에너지기술연구원 및 전력연구원에서는 고체산화물 연료전지 소재 기술을 바탕으로 평관형 및 평판형 고체산화물 스택을 이용한 고온형 수전해 연구를 각각 추진하였음
- 이화여자대학교의 황성주 교수 연구팀은 다양한 원소 조합의 LDH 나노시트를 개발하고 이를 다른 표면전하를 갖는 0차원 및 2차원 나노구조체와 결합하여 새로운 혼성화합물 개발 연구를 수행하였음. 특히 물산화 광촉매 특성이 있는 특정 LDH를 그라핀 혹은 polyoxocation들과 결합하여 뛰어난물산화 광촉매 성능을 보고함

Abstract ▼

1.Optimization of catalytic structure by atomic-scale characterization
Ⅳ. Result and Recommendations
The development of nano catalyst materials is a source technology for nano technology(NT) and environmental technology (ET). It is also crucial because they can give rise to a significant added

1.Optimization of catalytic structure by atomic-scale characterization
Ⅳ. Result and Recommendations
The development of nano catalyst materials is a source technology for nano technology(NT) and environmental technology (ET). It is also crucial because they can give rise to a significant added value as core energy materials in the near future. Accordingly, for the development and application of this technique, long-term funding for more than 10 years is necessary.

2.Development of SOEC durability and electrode materials
Ⅳ. Result and Recommendations
The target of this research is the development of highly durable SOEC technologies,and every results will utilized for the future project in the development regenerative fuel cell technologies.

3.Development of practical application technology of nano silicon-carbon based anode for lithium secondary battery
Ⅳ. Result and Recommendations
- Plasma and fluidized bed reaction technology development including 1000 g / hr nano Si mass production system
- Microstructure control and optimization of nano Si-C by C-coating optimization
- Development of high-capacity anode manufacturing technology by synthesizing high-capacity nano Si-C structure of 1500 mAh / g or more

5.Development of Fundamental Material Technology for Composite Structural Battery
Ⅳ. Result and Recommendations
In the first year, technical objectives were exceeded by conducting research on the development of nano-carbon complex electrodes for structural battery. However, according to the results of the annual assessment of the 1st phase, the aborted project was decided. Because this research topic is the key to the ongoing study in global advanced research institute, it seems to be better to develop a research project by combining the development of advanced solid electrolyte technologies and improving technical target level of battery performance.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5I 원자단위 분석 기반 촉매 구조 최적화 기술 개발 ... 7 요 약 문 ... 9 SUMMARY ... 10 CONTENTS ... 12 목차 ... 13 그림목차 ... 15 표목차 ... 17 제 1 장 서 론 ... 19 제 2 장 실험 방법 ... 29 제 3 장 실험 결과 및 고찰 ... 35 제 4 장 결 론 ... 52II 고효율 수소제조용 SOEC 전극소재 및 내구성 향상연구 ... 55 요 약 문 ... 57 SUMMARY ... 58 CONTENTS ... 59 목차 ... 60 그림목차 ... 62 표목차 ... 65 제 1 장 서 론 ... 67 제 2 장 본 론 ... 78 제 3 장 결 론 ... 120 참 고 문 헌 ... 123III 리튬이차전지용 나노 실리콘-탄소계 음극제 실용화 기술 개발 ... 125 요 약 문 ... 127 SUMMARY ... 129 CONTENTS ... 131 목차 ... 133 그림목차 ... 135 표목차 ... 137 제 1 장 서 론 ... 139 제 2 장 연구개발 목표 및 추진전력 ... 150 제 3 장 주요 연구 개발 내용 ... 158 제 4 장 결 론 ... 176 참 고 문 헌 ... 177IV 직접발포 공정 이용 기공제어형 다공성 세라믹스 개발 ... 179 목차 ... 181 Ⅰ 일반현황 ... 183 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 184 Ⅲ 추진 전략 ... 186 Ⅳ 추진 실적 ... 189 Ⅴ 향후 계획 ... 208V 섬유강화 복합재 기반 구조전지용 소재 기초기술 개발 ... 209 요 약 문 ... 211 SUMMARY ... 213 CONTENTS ... 215 목차 ... 216 그림목차 ... 217 표목차 ... 218 제 1 장 서 론 ... 219 제 2 장 본 론 ... 224 제 3 장 결 론 ... 236 참 고 문 헌 ... 237VI 계층형 혼성구조 세라믹 기반 능동형 전기화학 소재 개발 ... 239 목차 ... 241 Ⅰ 일반현황 ... 243 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 244 Ⅲ 추진 전략 ... 246 Ⅳ 추진 실적 ... 251 Ⅴ 향후 계획 ... 263끝페이지 ... 264