초록 ▼

□ 연구개요
◦ 모폴로지 제어를 통해 상 분리에 따른 고분자 전해질 막의 구조 설계 및 전기화학적 성능 비교
- 소수성/친수성 고분자 비율에 따른 상 분리 된 블록 공중합체의 형태학 변화 및 이 특성이 전기화학적 성능에 미치는 영향에 대하여 연구 (1차년도)
- 뚜렷한 상 분리와 상호 연결 된 이온채널을 형성하는 그래프트(graft) 구조 도입에 따른 모폴로지 변화 및 그에 따른 고분자 전해질 막의 물리·화학적 특성평가 (2차년도)
- 나노 상 분리 구조를 갖는 블록 코폴리머와 그래프트 구조의 고분자 전해질 막

□ 연구개요
◦ 모폴로지 제어를 통해 상 분리에 따른 고분자 전해질 막의 구조 설계 및 전기화학적 성능 비교
- 소수성/친수성 고분자 비율에 따른 상 분리 된 블록 공중합체의 형태학 변화 및 이 특성이 전기화학적 성능에 미치는 영향에 대하여 연구 (1차년도)
- 뚜렷한 상 분리와 상호 연결 된 이온채널을 형성하는 그래프트(graft) 구조 도입에 따른 모폴로지 변화 및 그에 따른 고분자 전해질 막의 물리·화학적 특성평가 (2차년도)
- 나노 상 분리 구조를 갖는 블록 코폴리머와 그래프트 구조의 고분자 전해질 막의 MEA 제작을 통한 전기화학적 성능 평가와 시스템 응용연구 (3차년도)
- 상용 고분자(SPEEK)와 가교 결합 된 고분자 전해질 막의 기계적/전기화학적 성능 비교 및 내구성 평가 (2차년도)
◦ 고온형 연료전지용 전해질 막 개발을 위한 폴리벤즈이미다졸(PBI) 및 폴리이미드(PI) 고분자 구조 설계 연구
- PBI 합성 방법 및 단위체 구조에 따른 고분자 전해질막으로써 고온에서의 전기화학적 특성연구 (2차년도)
- PBI 고분자 전해질 막 내 인산 함침량 변화에 따른 고온에서의 높은 전기화학적 성능 향상 연구 (2차년도)
- 고분자 전해질 막 지지체 응용을 위한 PI계 음이온 교환 막 소재 연구 (3차년도)
◦ 기능화 된 다양한 무기 나노필러 도입에 따른 고분자 전해질 막의 MEA제작 및 단위 셀 평가
- 탄소기반 전구체(CNT, ACNT, SCNT, GO, rGO, S-GO, 및 f-GO 등)를 활용한 작용기 변화에 따른 유·무기 복합막에 물리·화학적 및 전기화학적 특성 변화 연구 (1, 2차년도)
- 금속 산화물 기반 무기나노필러(f-SiO₂ 및 PWA)가 도입된 복합막의 저 가습 조건에서의 특성 연구 (3차년도)
- Super hydrophilic한 무기나노입자를 통해 저 가습 조건하에 고효율/내구성을 갖는 단위 셀 제작 평가 (3차년도)

□ 연구 목표대비 연구결과
◦ 최종 연구 개발 목표에 따르면, 연료전지 상용화를 위한 목표 수치가 모두 초과달성 되었으며, 그 중 고분자 전해질 막의 매우 중요한 성능지표인 이온전도도 결과는 상업화를 위해 충분히 우수한 전기화학적 성능에 도달하였음. 따라서, 본 연구 과제는 연료전지의 빠른 상업화를 위한 핵심소재인 고분자 전해질 막 제조 기술 확보와 우수한 성과를 도출하는데 크게 기여하였음.
< 연구개발 목표 및 결과 요약 (2017.03 ~ 2020.02) >
1. 이온전도도 (S/cm @90℃,100 RH%) :0.12 S/cm → 결과 : 0.148 S/cm (123 % 달성)
- 친수성/소수성 상 분리된 블록 공중합체 합성을 통한 이온전도도 향상 연구
2. 출력밀도 (mW/㎠, 0.6V, H₂O, O₂) :450 mW/㎠ → 결과 : 453.86 mW/㎠ (100 % 달성)
- Super hydrophilic 한 무기 나노 입자를 통한 저 가습 조건하에 고효율/내구성을 갖는 단위 전지의 제작 및 평가
3. 기계적강도(MPa) : 25 MPa → 결과 : 45.3 MPa (181% 달성)
- 형태학 구조변화에 따른 블록 공중합체의 기계적 강도 향상에 대한 연구
4. 유리전이온도(℃) : > 110 ℃ → 결과 : 203 ℃ (184% 달성)
- 방향족 탄화수소계 기반 고분자 합성을 통한 유리전이 온도 향상
5. 산화 안정도 : > 48 시간 → 결과: > 48 시간 (100% 달성)
- 무기물 도입을 통한 유/무기 복합막에 제조로 내 화학적 안정성 향상에 대해 연구

□ 연구개발결과의 중요성
◦ 본 연구과제는 연료전지 소재개발에 대한 원천기술을 확보하기 위한 것으로 비 과불화 방향족 탄화수소계를 사용함으로써 국내의 기술력 부족 문제를 해결하고 저가형의 고 효율을 갖는 고분자 전해질 막의 개발과 MEA 제작을 통해 수소 연료전지의 인프라를 이룰 수 있을 것이라 기대한다. 성과목표는 정부에서 공시한 목표치를 달성함으로써 연료전지 부품 개발과 함께 국내·외 점유율을 높이는데 기여할 것으로 판단되며, 수입에 의존하던 소재기술의 확보를 통해 연료전지의 내수시장과 국외시장의 성장률을 극대화시킴으로써 수입대체효과를 가져올 것으로 판단된다. 또한 연료전지 산업은 시스템 생산자를 정점으로 다수의 부품 및 소재 생산자가 참여하는 융·복합 산업으로, 고용 창출 효과가 크게 기대되는 산업으로 우수한 학문적 연구결과를 통해 에너지 산업분야를 육성함으로써 새로운 인력 창출 효과를 기대할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구의 필요성 ... 4
• 1-2. 연구 목표 및 내용 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 37