초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
고 전류밀도 (1.0 A/cm² @ 1.7 V) LEM 수전해 시스템 개발 및 신뢰성 확보
최종 목표
1. Ni계 3원계 촉매를 이용한 고효율 산소발생 촉매 개발(과전압 < 280 mV @ 10 mA/cm²)
2. LEM(Lithium ion Exchange Membrane) 수전해용 단위전지 평가 ( > 1A/cm² 전류밀도 @ 1.7 V )
3. 대면적의 스택형 LEM 수전해 시스템 개발 (200 cm² x 12cells, > 1Nm³/hr)
4. 촉매 시스템 열화 가속화

□ 연구의 목적 및 내용
고 전류밀도 (1.0 A/cm² @ 1.7 V) LEM 수전해 시스템 개발 및 신뢰성 확보
최종 목표
1. Ni계 3원계 촉매를 이용한 고효율 산소발생 촉매 개발(과전압 < 280 mV @ 10 mA/cm²)
2. LEM(Lithium ion Exchange Membrane) 수전해용 단위전지 평가 ( > 1A/cm² 전류밀도 @ 1.7 V )
3. 대면적의 스택형 LEM 수전해 시스템 개발 (200 cm² x 12cells, > 1Nm³/hr)
4. 촉매 시스템 열화 가속화 평가 (성능 감소율 < 5% )
5. 1Nm³/hr급 수전해 시스템 시작품 개발 및 신뢰도 평가(장기운전: 500hr x 1건 / 1,000hr x 2건 이상)
상기 목표치를 달성하는 스택형 LEM 수전해 시스템의 시작품을 제작 및 신뢰성 확보

1차년도(선기획) 목표
1. Ni계 3원계 촉매를 이용한 고효율 산소발생 촉매 개발(과전압 < 300 mV @ 10 mA/cm²)
2. LEM 수전해용 단위전지 평가 ( > 0.8 A/cm² 전류밀도 @ 1.7 V )

□ 연구개발성과
1. 1.7 V에서의 수소발생 단위전지 (LEM) 평가
○ LiOH 의 농도별 단위전지 평가
○ Ni계 Anode 촉매를 활용한 MEA 제작
○ Membrane의 종류별 단위전지 성능
○ 0.8 A/cm², 100% 목표치 달성
○ KTL 인증을 통한 공인인증서 확보
2. 전류밀도 10 mA/cm² 에서의 과전압 평가
○ OER 반응에서의 Overpotential 측정
○ 10 mA/cm² 에서의 과전압 300 mV 미만, 100% 목표치 달성
○ KTL 인증을 통한 공인인증서 확보
3. 국내, 국제 특허 (성과)
○ 국내특허 출원 (우선심사)
○ 국외특허 출원 (PCT)

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
○ 0.8 A/cm² 및 과전압 300 mV 미만의 1차년도 목표치 달성으로 향후 Stack 및 BOP 최적화를 통한 시스템 개발에 기초 자료가 됨.
○ 스택형 LEM 수전해 개발로 기존 알칼리 수전해보다 진보된 수전해 시스템을 보유 및 국내 사업에 기여할 수 있으며, 알칼리 수전해를 대체하는 新기술로 기여할 수 있을 것이라 기대됨.
○ 연속적인 연구개발을 통한, 국제 시장으로의 진출 및 1 A/cm² (1.7 V) 은 전세계 상용화된 알칼리 수전해 전류밀도를 상회하는 스펙으로 고효율 수전해 기술력을 보유하게 됨.
○ 코오롱 인더스트리, HYDROGENICS 등 유수 수소에너지 관련 기업과의 교류로 LEM 수전해 시스템의 확장된 기술개발을 할 수 있을 것이라 기대됨.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 가. 수소에너지의 중요성 ... 6
• 나. 수전해 종류 ... 6
• 다. 본 연구의 목적 및 차별성 ... 7
• 라. 기술개발의 중요성 ... 7
• 마. 연구개발의 최종 목표 (2023년) ... 8
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 9
• 가. 연구수행 내용 ... 9
• (1) 연구수행 방향 ... 9
• (2) 연구수행 추진방법 ... 9
• 나. 연구수행 방법 ... 11
• (1) OER 촉매 합성 및 구조 분석 ... 11
• (2) OER 촉매의 산소환원반응 특성 평가 ... 12
• (3) Lithium Hydroxide 전해질 ... 13
• (4) Membrane Electrode Assembly(MEA) 제조 ... 14
• (5) Single Cell test ... 14
• 다. 연구수행 결과 ... 16
• (1) OER 촉매 구조분석 결과 ... 16
• (2) RDE를 활용한 overpotential 측정결과 ... 17
• (3) LiOH 농도별(Electrolyte) Single Cell 성능 테스트 ... 18
• (4) MEA 조건에 따른 Single Cell 성능 테스트 ... 19
• (5) Single Cell 성능 테스트 공인성적서 ... 21
• 라. 연구수행 성과 ... 22
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 23
• 가. 목표 ... 23
• 나. 목표 달성여부 ... 23
• 다. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책 ... 23
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 24
• 가. 연구개발성과의 활용 계획 ... 24
• 나. 숭실대학교 - ㈜보야스에너지 기술개발 및 상업화 ... 24
• 붙임. 참고문헌 ... 25
• 끝페이지 ... 25