초록 ▼

연구개요
대표적 전기화학적 에너지변환 및 저장장치인 연료전지, 수전해셀, 가역연료전지에서 성능을 좌우하는 반응은 모두 산소반응과 관계되며, 산소반응을 향상시키기 위하여 산소전극용 산소환원반응, 산소발생반응, 양쪽반응촉매 등 다양한 촉매가 요구되며, 특히 산성전해질에서 안정성을 가지는 귀금속촉매의 양을 줄이며, 이를 대량 생산할 수 있는 합성기술이 필요함. 아울러, 산소전극의 물질전달을 향상시킬 수 있는 전극설계도 요구됨. 본 연구에서는 전이금속의 함량이 더 높은 저귀금속 산소촉매를 분무열분해법을 활용하여 합성하였으며, 산소전극

연구개요
대표적 전기화학적 에너지변환 및 저장장치인 연료전지, 수전해셀, 가역연료전지에서 성능을 좌우하는 반응은 모두 산소반응과 관계되며, 산소반응을 향상시키기 위하여 산소전극용 산소환원반응, 산소발생반응, 양쪽반응촉매 등 다양한 촉매가 요구되며, 특히 산성전해질에서 안정성을 가지는 귀금속촉매의 양을 줄이며, 이를 대량 생산할 수 있는 합성기술이 필요함. 아울러, 산소전극의 물질전달을 향상시킬 수 있는 전극설계도 요구됨. 본 연구에서는 전이금속의 함량이 더 높은 저귀금속 산소촉매를 분무열분해법을 활용하여 합성하였으며, 산소전극의 물질전달을 향상시킬 수 있는 미세기공층을 개발하였음.

연구 목표대비 연구결과
분무열분해를 활용한 산소촉매합성
1. 코발트와 질소도핑된 탄소를 활용한 산소환원반응 촉매합성 (CoO/N-C)
- 상용촉매인 Pt/C촉매 활성의 95% 수준달성, 내구성 우수.
2. 이리듐, 철, 그래핀산화물을 산 및 열처리하여 산소발생반응 촉매합성 (Ir-Fe/rGO)
- 상용촉매인 Ir black촉매 질량활성 대비 2배 수준달성, 내구성은 훨씬 우수.
3 질소분위기에서 추가 열처리하여 백금-이리듐 양기능성 산소촉매합성 (PtIr/rGO)
- 상용촉매인 Pt/C 성능대비 1.2배 수준달성, 내구성 우수 기체확산전극 성능 및 내구성 향상을 위한 전극설계
1. 연료전지용 자가지지형 미세기공층 개발
- 자가지지형 미세기공층 및 금속다공체를 활용하여 기존의 상용기체확산층과 채널/랜드구조의 연료전지 유로판을 활용할 때보다 1.3배 성능향상
2. 연료전지용 미세기공층 신 내구성테스트 프로토콜 개발 및 현상분석
- 전기화학셀을 제작하여, 확산전극의 전기화학적, 기계적 열화를 동시에 측정할 수 있는 가속시험법 개발

연구개발결과의 중요성
- 분무열분해법을 활용하여 산소전극용 다양한 촉매를 대량으로 생산할 수 있는 손쉬운 합성공정개발
- 알칼라인매질에서 백금을 대체할 수 있는 비귀금속 코발트촉매개발
- 산성매질에서 이리듐의 양을 크게 절감하고, 내구성을 향상시킨 그래핀지지형 이리듐-철촉매개발
- 산소환원 및 산소발생반응속도와 내구성을 모두 향상시킬 수 있는 그래핀지지형 백금-이리듐 합금촉매개발
- 연료전지 환원극의 탄소기재를 제거하고, 유로판 제조비용을 절감할 수 있는 자가지지형 미세기공층 및 금속다공체 기술개발
- 연료전지용 확산전극의 전기화학적/기계적 열화를 동시에 가속시험할 수 있는 프로토콜을 개발

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구수행을 위한 가설 및 연구목표 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 분무열분해를 활용한 산소촉매합성 ... 4
• 2) 기체확산전극 성능 및 내구성 향상을 위한 전극설계 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 1) 분무열분해를 활용한 산소촉매합성 ... 9
• 2) 기체확산전극 성능 및 내구성 향상을 위한 전극설계 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 13