초록 ▼

□ 연구개요
프로톤전도성 세라믹연료전지(PCFC)는 프로톤전도성 산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로서 연료전지의 구동온도가 낮고 효율이 높은 에너지 변환장비이다. PCFC 작동효율의 핵심결정요인으로는 높은 프로톤 전도성 전해질 개발과 전극에서 분극손실의 최소화가 필수적이다. 특히 고효율화, 저온화기술은 전해질소재 기술개발이 매우 높은 비중을 차지하고 있다. 하지만 프로톤 전도성 전해질 관련 핵심분야에 대한 기존의 연료전지 연구가 페롭스카이트계 산화물 프로톤 전도체 중심으로 이루어져 300℃ 이하에서 구동할 수 있는 새로운 신

□ 연구개요
프로톤전도성 세라믹연료전지(PCFC)는 프로톤전도성 산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로서 연료전지의 구동온도가 낮고 효율이 높은 에너지 변환장비이다. PCFC 작동효율의 핵심결정요인으로는 높은 프로톤 전도성 전해질 개발과 전극에서 분극손실의 최소화가 필수적이다. 특히 고효율화, 저온화기술은 전해질소재 기술개발이 매우 높은 비중을 차지하고 있다. 하지만 프로톤 전도성 전해질 관련 핵심분야에 대한 기존의 연료전지 연구가 페롭스카이트계 산화물 프로톤 전도체 중심으로 이루어져 300℃ 이하에서 구동할 수 있는 새로운 신조성 전해질 개발에 대한 체계적인 접근이 전무한상황이다. 그렇기 때문에 연료전지의 신조성 전해질 개발이 매우 중요하다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제는 결정화학과 결함화학적 연구를 기반으로 무수 프로톤 전도성(anhydrous proton conductor)전해질 소재 설계, 신조성 전해질 소재의 합성, 나름 특성분석을 통한 신조성의 프로돈 전도성 세라믹 전해질을 개발하여 연료전지 구동 조건에서 1.72×10-2S/㎝의 높은 이온전도도를 확인하였으며 또한 단전지 평가시 최적의 파워를 얻을 수 있도록 단일상의 pyro-phosphate계 전해질후막의 프로톤 전도성을 갖는 유기물과 무기물 복합체 합성 및 치밀질 구조 제조에 성공하여 유기 polymer를pore filler로서 사용해cerium pyrophosphate상의 프로톤 전도도를 감퇴시키지 않고도 치밀한CGP 복합체를 만들 수 있다는 것을 증명했다. 이를 기반으로 유/무기 복합체 및 Solid acid phosphate를 이용한 pyrophosphate 복합체를 합성하여 치밀질한 구조를 제작하였으며, 이를 이용하여 연료전지 단전지 성능평가를 실시하였다. CGP-PBI-GO 복합 막을 사용하여 제조한 단일 셀이160℃에서~300mW/cm2의 최대 출력 밀도를 생성하는 것을 알 수 있었다. 장기 안정성 시험은160시간동안250℃로 온도를 상승시키면서160시간까지 프로톤 전해질 멤브레인의 잠재적 안정성을 보여주었다. 본 결과를 통해 CGP-PBI-GO 복합 막이 중간 온도 영역 연료 전지의 잠재적 전해질로서 중요한 후보 물질 중 하나임을 알 수 있다.

□ 연구개발결과의 중요성
다른 연료전지는 일본이나 미국에 비해 많이 뒤쳐져 있지만, PCFC는 세계적으로도 아직 개념정립수준이기 때문에 체계적인 기초소재 연구부터 시작하여 평가 및 설계에 관한 지적재산권을 획득하여 기술선점이 가능하다. 또한 PCFC 실용화 및 국산화 기술개발, 관련산업 파급효과의 시너지효과 창출을 기대할 수 있다. 연료전지 제품상용화 및 실용화를 위해 확보된 신뢰성 평가 기반 핵심 기술을 바탕으로 연료전지 개발 기술로 활용할수있다. 중·저온형 PCFC는 대규모의 발전용뿐만 아니라 분산발전시스템, stand-by 전력 공급원, 자동차 보조전원, 주택용 심지어 저온작동으로 휴대용 에너지원으로 사용될 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• (1)프로톤 전도성을 갖는 유기물과 무기물 복합체 합성 및 치밀질 구조 제조 ... 3
• (2)Solid acid phosphate을 이용한 pyrophosphate composit 합성 및 치밀질의 전해질 개발 ... 5
• (3)인산 처리를 통한 치밀화 전해질 개발 ... 7
• (4)화학적 내구성 향상을 위한 solid solution composite ... 8
• (5)중간 온도proton 전도성 세라믹-전해질 연료 전지에 대한 MnO-도핑된 titanium pyrophosphate (Ti1-xMnxP2O7,x=0-0.2)의 합성 및 특성 규명 ... 10
• (6)Tetravalent metal pyrophosphate-alkali carbonate 복합체의 빠른 이온 전도를 응용한 중간온도 영역의 연료 전지를 위한 새로운 전위 전해질 ... 11
• (7)HT-PEMFCs based on phosphoric acid doped Polybenzimidazole(PBI)-Ce0.9Gd0.1P2O7(CGP) composites ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 25
• 끝페이지 ... 40