초록 ▼

○ 상온 단시간 무촉매 방사선화학반응을 이용한 고효율 고내구성 전기탈염소재 제조 기술 개발

- 본 과제에서는 1) 탄소전극의 효율(정전용량) 향상을 위해 전기전도도가 향상된 고분산성 탄소나노 소재, 전기화학반응 유효면적 극대화에 필요한 신규 방사선 가교 가능 친수성 바인더 개발 및 물에 대한 치수안정성 확보를 위한 전자선 가교 연구를 수행하여 가교구조의 친수성 탄소전극(겔화율 100%, 물접촉각 0° 및 전기 전도도 1.0 S/cm)을 제조하였고, 2) 이온성고분자 멤브레인의 이온흡탈착속도 향상 및 수화안정성 확보를

○ 상온 단시간 무촉매 방사선화학반응을 이용한 고효율 고내구성 전기탈염소재 제조 기술 개발

- 본 과제에서는 1) 탄소전극의 효율(정전용량) 향상을 위해 전기전도도가 향상된 고분산성 탄소나노 소재, 전기화학반응 유효면적 극대화에 필요한 신규 방사선 가교 가능 친수성 바인더 개발 및 물에 대한 치수안정성 확보를 위한 전자선 가교 연구를 수행하여 가교구조의 친수성 탄소전극(겔화율 100%, 물접촉각 0° 및 전기 전도도 1.0 S/cm)을 제조하였고, 2) 이온성고분자 멤브레인의 이온흡탈착속도 향상 및 수화안정성 확보를 위해 저렴한 가격의 상용화된 100 mol%의 이온교환관능기를 갖는 이온성고분자와 친수성 고분자 가교제 혼합물 개발 및 전자선 가교 연구를 통해 높은 이온교환용량(1.7 meq/g)과 수화안정성(겔화율 100% 및 함수율 30%)을 가진 가교구조의 이온성고분자 멤브레인(막저항 1.2 Ω·cm²)을 제조하였으며, 3) 탈염효율과 내구성이 확보된 일체형 멤브레인-전극 개발을 위해 확보된 친수성 탄소전극용 슬러리와 이온성고분자 혼합물의 순차적 적층 및 전자선 가교반응을 통해 가교구조의 이온성고분자 멤브레인-탄소전극 복합체를 제조하였음.

- 제조된 양이온성 및 음이온성 고분자 멤브레인-탄소전극 복합체의 정전용량 측정결과, 제조된 상용탄소전극 대비 72% 향상된 140 F/g의 정전용량(목표치:≧120 F/g)을 보였고 염수(250 ppm NaCl, 80 °C) 조건에서 실시한 수화안정성 평가 결과에서도 치수 변화 없이 100% 유지됨을 확인 하였음.

- 제조된 이온성고분자 멤브레인-탄소전극 복합체를 적용한 상용규격의 전기탈염 기초모듈을 제작하여 10 및 20 mL/min의 유속에서 성능을 평가한 결과, 각각 95%와 92%의 탈염효율(목표치: ≧ 90%)을 보여 전기탈염장치의 고효율 고내구성 전극소재로 활용 가능성을 검증하였음.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
○ The project objective is to develop high-efficient and durable capacitive deionization materials with improved dimensional stability and capacity by radiation
- Development of the stimuli-responsive materials using radiation
- Development of the fuel cell membrane for

Purpose & Contents
○ The project objective is to develop high-efficient and durable capacitive deionization materials with improved dimensional stability and capacity by radiation
- Development of the stimuli-responsive materials using radiation
- Development of the fuel cell membrane for high temperature and low humidity by radiation
- The preparation of carbon electrode with active material and the evaluation of the properties
- The formation of ionic polymer membranes and the evaluation of the properties according to the radiation crosslinking
- The preparation of ionic polymer membrane-carbon electrode and the optimization

Results
○ Development of the capacitive deionization materials with high efficiency and stability by radiation
- Development of the cheap organic precursor-based highly-conductive electric circuit and control of the surface wettability for electrowetting platform by radiation
- Development of the crosslinked nanocomposite fuel cell membrane for high temperature and low humidity by radiation
- Development of crosslinked hydrophilic carbon electrode with high dimensional stability by electron beam crosslinking using new hydrophilic polymer binder
✓Property evaluation: electrical conductivity of 1.0 S/cm and water contact angle of 0°
- Development of ionic polymer membrane-carbon electrode by electron beam crosslinking using new commercial-available ionic polymer/polymer crosslinker mixture
✓Property evaluation: IEC of 1.7 ~ 2.0 meq/g, water uptacke of 26 ~ 29%, gel fraction of 100% and membrane resistance of 1.16 ~ 1.20 Ω·cm²
- Development of crosslinked ionic polymer membrane by sequential layered deposition of prepared carbon electrode slurry and ionic polymer mixture and electron beam crosslinking
✓Specific capacitance evaluation: specific capacitance of 140 ~ 142 F/g
- Fabrication and performance evaluation of basic capacitive deionization module using radiation-based ionic polymer membrane-carbon electrode
✓Fabrication of basic module with commercial size(10cm x 10cm)
✓Deionization efficiency evaluation: 95% (10mL/min) and 92% (20mL/min)


○ Publication of 53 SCI-level papers at the publishing rate of 10.6 papers per year
- Publication of 11 high-quality included in the top 10% journals by journal fields
○ 20 patent applications and 11 registrations
- 6 intranational patent applications and 1 registration
○ Press(MBC news, YTN science etc) release on outstanding achievement “Extended life time of next-generation perovskite solar cells by radiation based carbon nanomaterial”

Expected Contribution
○ Radiation with high penetration depth and energy, can be applied to the development of capacitive deionization materials with high durability and efficiency. Since radiation technology can overcome the limit of the performance of the current capacitive deionization materials, it is considered to be used for the development of the related industries.
○ The developed technologies of radiation crosslinking of ionic polymer and electrode active materials can be used not only for the core materials of capacitive deionization application, but also for a number of the core materials of super capacitor, fuel cell, secondary battery, and solar cell. In addition, since it can be utilized for material separation, toxic chemical absorbent, and chemical reaction catalyst, it can be utilized as preliminary data for the new research, and for the improvement of related technology and the industrialization of radiation technology.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 6
• 목차 ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 제1절. 연구개발 목적 ... 8
• 제2절. 연구개발의 필요성 ... 8
• 제3절. 연구개발 범위 ... 13
• 제2장. 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 제1절. 선진국 기술수준 및 연구개발 동향 ... 15
• 제2절. 국내 기술 수준 및 연구개발 동향 ... 17
• 제3장. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 제1절. 방사선 이용 외부자극 응답성 소재 제조 기술 개발 ... 19
• 제2절. 방사선에 의한 에너지 소재용 기능성 멤브레인 제조 기술 개발 ... 177
• 제3절. 방사선 이용 전기탈염 소재 제조 기술 개발 ... 325
• 제4절. 연구개발성과 ... 479
• 제4장. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 491
• 제1절. 목표달성도 ... 491
• 제2절. 관련분야 기여도 ... 509
• 제5장. 연구결과의 활용계획 ... 510
• 제6장. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 511
• 제7장. 연구개발결과의 보안등급 ... 514
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 515
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 516
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 517
• 제11장. 기타사항 ... 518
• 제12장. 참고문헌 ... 519
• 끝페이지 ... 522