초록 ▼

□ 연구개요
본 연구개발의 최종목표는 “3차원 기공구조를 가지는 금속 발포체(Metal foam) 표면상에 액상 탄소원을 도포한 후 급속열처리기를 활용하여 단시간 내에 고품위 그래핀 코팅층을 전면적으로 형성하는 기술 개발 및 이의 고분자 전해질 연료전지용(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC) 분리판으로(bipolar plates)활용”에 있다. 이를 위하여 금속 발포체에 다양한 액상의 탄소원 공급 후 급속열처리를 활용하여 단시간 내에 금속 발포체 표면의 전면적에서 고품위 그래핀 형

□ 연구개요
본 연구개발의 최종목표는 “3차원 기공구조를 가지는 금속 발포체(Metal foam) 표면상에 액상 탄소원을 도포한 후 급속열처리기를 활용하여 단시간 내에 고품위 그래핀 코팅층을 전면적으로 형성하는 기술 개발 및 이의 고분자 전해질 연료전지용(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC) 분리판으로(bipolar plates)활용”에 있다. 이를 위하여 금속 발포체에 다양한 액상의 탄소원 공급 후 급속열처리를 활용하여 단시간 내에 금속 발포체 표면의 전면적에서 고품위 그래핀 형성법 기술 및 획득한 그래핀 기반 이종구조의 표면 및 전기적 특성 조절 기술 개발에 관한 연구를 수행하여 고분자 전해질 연료전지의 분리판으로의 적용을 위한 기초연구를 수행하였다. 이와 더불어 그래핀 기반 이종구조를 분리판으로 적용시켜 고분자 연료전지의 성능평가에 관한 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
* 금속 발포체 전면적에 고품위 그래핀 코팅층 형성법 확보
- 액상 탄소원 농도에 따라 급속열처리기의 공정을 통해 형성된 그래핀의 면적조절이 가능한 그래핀 코팅층 형성법 획득
- 열처리 온도와 분위기, 시간, 액상탄소원의 종류에 따라 해당 코팅층의 표면 및 전기적 특성 조절법 획득.
* 고분자 전해질 연료전지용 분리판 응용을 위한 특성 평가
-연료전지 구동환경(pH 1-2)에서 부식 특성 분석 결과, 2.0 × 10^-6 A/cm² 의 우수한 부식 전류값 획득. 특히, 장기간 안정성 평가 이후에도 그래핀 기반 이종구조의 부식 전류 값에는 큰 변화가 없으며, 미코팅 금속 발포체의 부식 전류값(98 × 10^-6 A/cm²)대비 훨씬 우수한 부식 저항성을 보임을 확인.
-극한 외부환경에서 실험 이후 수용액 내 이온전도도는 평균 4.1 ㎲/cm으로 그래핀 기반 이종구조의 높은 화학적 안정성 확인.
-10.1kgf/cm² 압력 하에서 ~7.8 mΩ․cm² 의 접촉저항 값을 보이며, 극한 환경실험 후에도 ~8.3 mΩ․cm² 로 매우 우수한 전기적 특성을 갖는 그래핀 기반 이종구조 획득.
* 그래핀-Ni 발포체 이종구조를 적용한 고분자 전해질 연료전지의 성능 평가
- 그래핀 기반 이종구조를 분리판 적용시, 기존 연료전지 대비 2배 이상의 높은 성능 효율을 보임을 확인.
* 금속 발포체 표면에 기능화된 그래핀 코팅층 형성법 확보 (추가연구 진행 중)

□ 연구개발결과의 중요성
본 과제를 통해 획득한 3차원 그래핀-금속 발포체 이종구조 기반 고분자 전해질 연료전지의 분리판으로의 활용시, 공정과정이 매우 짧고 단지 급속열처리기만을 활용하므로 기존 상용화된 반도체기술 및 제반 시설 활용에 따른 접근성이 용이하여 빠른 사업화가 기대된다. 특히 지난 수 십 년간 미래 에너지를 위한 해결책으로 제시되는 연료전지의 상용화를 저해하는 가장 큰 원인인 구동환경 내에서의 소재의 산화/부식 현상에 따른 연료전지의 성능저하 문제를 해결 할 수 있을 것으로 기대된다.
진행 중인 추가 연구릁 통한 기능화된 그래핀 기반 이종 구조 제조 기술 및 그릴 이용한 연료전지 특성평가를 통해, 에너지 전환 시스템을 비롯한 관련 분야에 그 파급효과가 매울 클 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 가. 연구개발의 필요성 ... 5
• 나. 연구목표 및 연구내용 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 11