초록 ▼

연구내용
○ 태양에너지 기반 산화-환원 동시반응을 이용한 PV-EC 시스템 개발
- MWI(microwave irradiation)를 이용한 나노촉매물질 개발
·MWI 공정을 이용, 이온성 액체(BMIM BF₄)에 분산된 금속 나노입자 합성 (Ru NPs 입자 크기 : 약 2nm)
·나노입자 합성을 위한 출발물질 선택에 따라 금속 or 금속 산화물 나노입자 합성이 가능
- 상용촉매 적용 수전해 셀 MEA 제작
·상용촉매 (Ir black & IrO₂)를 이용하여

연구내용
○ 태양에너지 기반 산화-환원 동시반응을 이용한 PV-EC 시스템 개발
- MWI(microwave irradiation)를 이용한 나노촉매물질 개발
·MWI 공정을 이용, 이온성 액체(BMIM BF₄)에 분산된 금속 나노입자 합성 (Ru NPs 입자 크기 : 약 2nm)
·나노입자 합성을 위한 출발물질 선택에 따라 금속 or 금속 산화물 나노입자 합성이 가능
- 상용촉매 적용 수전해 셀 MEA 제작
·상용촉매 (Ir black & IrO₂)를 이용하여 수전해 셀 MEA 제작한 후 셀 분극 특성평가
·시험 조건; 1) 셀 온도 : 80℃, 2) 유량 30ml/min, 3) 물 온도 : 60℃, 4) 전압 :1.1 ~ 2.45V에서 870mV 과전압(@2A/cm²) 특성을 보임.
- Ag 상용촉매 적용 CO₂ 환원 표준 셀 제작
·0.5M KHCO3에서 Ag 촉매 사용 시 CO2 환원 전지 HER 특성 평가
·CO₂ + 2H⁺ + 2e- ↔ CO + H₂O E vs SHE 값이 –1.56V
·ηtot (과전압) = -1.73V - (-1.56V) = -170mV
- CO₂ 광전환용 고전압 태양전지 개발
·4분할 고전압 실리콘 태양광 전극 개발을 통해 P_max.전압(2.09V)를 가지는 태양전지 셀 제작
·4분할 실리콘 태양전지의 전기적 안정성 테스트 결과, 5시간 동안 평균 2.49V의 안정적인 전압 공급이 가능

연구개발성과
○ 태양에너지 기반 산화-환원 동시반응을 이용한 PV-EC 시스템 구축
○ 추가 성과
- 국내특허출원 3건, SCI(E) 논문 2건, SCI(IF 상위 20%) 1건
○ 기술스펙 달성 성과

기술적 우수성
○ MWI 공정을 통해 제조된 나노촉매 물질은 균일한 입자 크기(10nm 이하), 공정의 신속성 및 제조비용의 저가화가 가능
○ Ir black 및 IrO₂ 상용촉매를 이용, 산화전극에서의 과전압 (@2A/cm²) 870mV를 달성하였으며, 5cyle 시험에서도 안정적인 과전압을 가지는 수전해 셀 MEA를 제조함
○ 상대적으로 저가인 Ag 양극 촉매를 이용, MEA 표준 셀 최적화를 통해 HER 과전압(@5mA/cm²) 170mV를 달성함.
○ 4분할 고전압 실리콘 태양광 전극 개발을 통해 P_max.전압(2.09V)를 가지는 태양전지 셀 제작

성과활용
○ 균일한 입자크기를 가지는 귀금속 나노촉매물질(Co, Ru)을 MWI 공정을 통해 합성 가능함을 검증하였으며, 이를 통한 저가 나노촉매 합성을 위한 출발 물질 선정 및 저비용 공정을 최적화하고자 함.
○ 상용촉매에 의한 촉매 전극 제조법 및 전사법에 의한 MEA 제조기술 확립을 통해 저비용 고효율 촉매전극 제조기술 확보
○ 고전압 태양전지 시스템을 통한 태양광-화학원료 전환 디바이스의 신뢰성 자료 구축 및 대면적 상용화를 위한 시스템 설계

( 출처: 연구요약 4p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기관주요사업 연구보고서 ... 3
• 연구요약 ... 4
• 목차 ... 6
• 제 1장 개요 ... 7
• 제 1절 연구개발 목표 ... 7
• 제 2절 연구개발의 필요성 ... 7
• 제 3절 당해연도 연구개발 범위 ... 7
• 제 2장 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 제 1절 연구개발 추진 체계 ... 9
• 제 2절 당해연도 연구수행 내용 ... 11
• 제 3절 당해연도 연구개발 결과 ... 23
• 제 3장 연구성과 활용 시나리오 ... 24
• 제 1절 연구성과 활용 시나리오 ... 24
• 제 4장 차년도 사업추진계획 ... 25
• 제 1절 차년도 사업추진 내용 ... 25
• 제 2절 차년도 사업추진 일정 ... 26
• 제 3절 차년도 세부 성능지표(Spec) ... 26
• 제 5장 참고문헌 ... 27
• 끝페이지 ... 28