초록 ▼

1. 초저로딩 산소발생촉매개발
- 기존에 입자기반 촉매제조방식을 탈피하여 산소발생반응용 이리듐산화물을 산화전극에 전기도금법을 활용하여 입자형 촉매로딩(2.0 mg cm^-2)과 비교하여 초저로딩(0.1 mg cm^-2)을 구현할 수 있었음.
- 일반적으로 물의 끓는점으로 인해 90 °C 이하에서 작동하는 수전해장치를 고온(120 °C) 및 가압방식(2.5 bar)을 도입함으로, 액상의 물을 반응물로 그대로 사용하면서 약 2배 가까운 (1.65 V 기준) 성능의 향상을 얻을 수 있

1. 초저로딩 산소발생촉매개발
- 기존에 입자기반 촉매제조방식을 탈피하여 산소발생반응용 이리듐산화물을 산화전극에 전기도금법을 활용하여 입자형 촉매로딩(2.0 mg cm^-2)과 비교하여 초저로딩(0.1 mg cm^-2)을 구현할 수 있었음.
- 일반적으로 물의 끓는점으로 인해 90 °C 이하에서 작동하는 수전해장치를 고온(120 °C) 및 가압방식(2.5 bar)을 도입함으로, 액상의 물을 반응물로 그대로 사용하면서 약 2배 가까운 (1.65 V 기준) 성능의 향상을 얻을 수 있었음.
- 반응물 공급속도가 증가함에 따라 분극시 물질전달저항 및 전하전달저항이 감소하며, 기체확산층의 두께는 상대적으로 분극에 큰 영향을 주지 않는 것으로 분석됨.

2. 고효율 가역전지용 양기능성 산소촉매개발
- 수전해용 산소발생촉매 기술을 기반으로 하여, 다공성의 백금층을 추가로 도포함으로 기존 산소전극에 사용되는 귀금속로딩(1.5-4.0 mg cm^-2)을 0.3 mg cm^-2까지 획기적으로 낮출 수 있었음.
- 귀금속촉매의 큰 감소에도 Pt/IrO₂/CP의 다공성구조로 인하여 물질전달이 향상됨으로 수전해 및 연료전지 모드의 성능이 기존보다 향상되어, 왕복효율을 46%까지 증가시킬 수 있었음.

3. 고내구성 산소환원촉매개발
- 흑연화도가 상대적으로 높은 흑연화처리된 탄소나노튜브에 인듐이 도핑된 인듐주석산화물(ITO)을 도포하여 복합지지체를 만들고, 그 위에 백금나노입자를 형성하여 연료전지용 산소환원촉매를 제조함.
- 탄소나노튜브상에 인듐주석산화물의 무게비를 달리하면서, 백금의 전기화학 활성면적 및 회전전극을 활용한 내구성실험을 통하여, 30 wt%의 ITO가 탄소나노튜브상에 올려졌을 때가 최적조건임을 밝힘.
- Pt/ITO-CNT를 CNT의 직경에 따라 각각 합성하고, 이를 단위전지를 적용하여, 촉매의 실제 전기화학 활성면적과 질량당 활성을 확인한 결과, CNT의 직경이 10-20 nm일 때 전기화학 활성면적은 다소 작았지만, 질량활성은 가장 높은 것으로 드러났으며, 분극실험에서도 가장 우수한 성능을 나타냄.
- 미에너지부에서 권장하는 단위전지를 활용한 지지체용 가속스트레스시험법을 사용하여, 백금나노 촉매의 안정성을 연구한 결과, 400h의 1.2V에서의 전압고정 후에도 80%이상의 전기화학 활성면적을 유지하였으며, 질량당 활성의 경우는 거의 초기값과 유사한 활성을 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었음.

4. 고분자전해질기반 직접메탄올전지에서 전극-고분자전해질막 계면개선
- 가속플라즈마기술을 활용하여 상용 고분자막인 나피온 표면을 에칭함으로, 표면상에 존재하는 일부의 슬폰기를 효과적으로 제거할 수 있었음.
- 플라즈마의 복사시간을 변형함으로 초당 이온주사량을 바꿀 수 있었고, 250초(1×10¹⁷ ions cm^-2)가 막표면을 효과적으로 개질하여, 연료전지의 성능을 향상시키는 데 기여하였음.
- 최적조건에서 개질된 전해질막은 메탄올의 크로스오버를 줄여줌으로, 2M의 메탄올을 연료로 사용할 때, 118 mW cm^-2의 최대출력밀도를 획득할 수 있었음.

5. 연료전지의 물질전달을 향상시키는 기체확산층 및 유로판 개발
- 기존의 채널과 랜드형태의 연료전지 유로판의 설계를 변형하여, 유로판 대신 금속메쉬를 사용하고, 이중층 구조의 기체확산층의 기판으로 작용하는 탄소종이를 제거해도 금속메쉬상에 층상형태로 존재할 수 있는 미세기공층을 개발하여, 기존대비 20% 이상의 성능향상을 얻을 수 있었음.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 12