초록 ▼

연구목표
본 연구개발의 목표는 아연공기 2차전지용 고활성 공기극 소재 개발로서 산소발생반응(oxygen evolution reaction, OER) 및 산소환원반응 (oxygen reduction reaction, ORR)에 촉매 활성이 뛰어난 소재를 개발하여 1단계(3년)에서 250mW/cm²의 출력밀도를 달성하고 2단계(3년)에서 350mW/cm²의 출력밀도를 달성하는 것이다. 이를 달성하기 위해 다양한 촉매를 합성하여 시험하고, 나노구조의 도입 및 전극구조 개선을 통해 성능을 향상시

연구목표
본 연구개발의 목표는 아연공기 2차전지용 고활성 공기극 소재 개발로서 산소발생반응(oxygen evolution reaction, OER) 및 산소환원반응 (oxygen reduction reaction, ORR)에 촉매 활성이 뛰어난 소재를 개발하여 1단계(3년)에서 250mW/cm²의 출력밀도를 달성하고 2단계(3년)에서 350mW/cm²의 출력밀도를 달성하는 것이다. 이를 달성하기 위해 다양한 촉매를 합성하여 시험하고, 나노구조의 도입 및 전극구조 개선을 통해 성능을 향상시키고, OER 및 ORR에 각각 활성을 가진 다원 촉매를 이용하여 하이브리드 촉매를 합성하고 내구성을 향상시킴으로서 목표를 달성한다.

연구내용
1차년도 연구내용
o 다양한 종류의 촉매를 합성하고 시험하여 각 촉매의 특성을 분석
o 이를 통해 1.0V (vs Zn)에서 100mA/cm² 달성
o 후보물질의 부식시험을 위해 내구성 시험방법을 확립
2차년도 연구내용
o 다양한 촉매로부터 최종 후보 촉매 물질 선택
o 전극 제조방법을 최적화하여 전극 구조개선을 통해 성능향상 : 180mA/cm²
o 내구성 시험 : 200시간 후 초기 용량의 95% 유지
o 내구성 시험 전후 물질의 변화를 분석하여 장기운전이 촉매에 미치는 영향 조사
3차년도 연구내용
o OER 및 ORR에 각각 활성을 가진 다원 촉매를 이용하여 하이브리드 촉매 합성
o 다양한 도전재의 첨가와 이에 따른 영향 분석
o 전극의 기공도와 전도도를 개선하여 촉매활성 향상 : 250mA/cm²
o 내구성 : 300시간 후 초기 용량의 95% 유지
4차년도 연구내용
o 나노구조를 가진 촉매 합성방법 개발
o 비표면적이 향상된 촉매 개발 : 500nm 이하, 30m²/g 이상
o 도전재 개선을 통한 촉매 활성 및 내구성 향상 : 280mA/cm², 400시간
5차년도 연구내용
o 공정 단순화를 통한 촉매 합성방법 개선 : 320mA/cm²
o 새로운 촉매 물질 합성 시도
o 전극 구조 개선을 통한 성능 10% 향상
6차년도 연구내용
o 비표면적이 향상된 나노 촉매 합성 : 200nm 이하, 50m²/g
o 촉매 활성 및 내구성 향상 : 350mA/cm², 500시간

기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
활용방안
o 아연공기 2차전지의 성능 향상뿐만 아니라 알칼리 연료전지의 ORR 촉매 및 수전해 시스템의 OER 촉매로 활용 가능
기대성과
o 리튬2차전지보다 월등히 저렴한 가격으로 전기자동차용 전원으로 채용될 가능성이 높으며, 이는 2018년 160억불에 해당하는 시장으로 상당한 경제적 효과를 가져올 것.
o 또한 타 산업인 연료전지 및 수전해 분야에도 활용이 가능하여 파급효과가 큼.

(출처 : 요 약 문 2p)

Abstract ▼

Purpose
The purpose of this project is to develop highly active catalysts as air electrode materials for oxygen evolution and oxygen reduction reaction in zinc-air rechargeable batteries. We achieve 250mW/cm² of power density in air electrode at first stage (3 years) and 350mW/cm²

Purpose
The purpose of this project is to develop highly active catalysts as air electrode materials for oxygen evolution and oxygen reduction reaction in zinc-air rechargeable batteries. We achieve 250mW/cm² of power density in air electrode at first stage (3 years) and 350mW/cm² at second stage (3 years). To accomplish this goal, we investigate different kind of catalysts, improve their activities by the introduction of nano structure and the modification of electrode structure, synthesize hybrid catalysts containing multi-active bi-catalysts and enhance the chemical stability of materials.

Contents
1st year
o Synthesis of different type of catalysts and analysis of their catalytic activity
o Current density : 100mA/cm² at 1.0V (vs Zn)
o Study for examination method of corrosion test
2nd year
o Selection of final and best catalyst among various candidates
o Performance improvement by the optimization of electrode structure : 180mA/cm²
o Stability test : 95% of initial capacity after 200h operation
o Effect of long term operation in catalyst materials after stability test
3rd year
o Synthesis of hybrid catalysts with multi-function catalysts for OER & ORR
o Effect of different conductive additive in air electrode
o Improvement of porosity and conductivity : 250mA/cm²
o Stability test : 95% of initial capacity after 300h operation
4th year
o Synthesis of new catalysts with nano structure
o Improvement of surface area of catalysts : < 500nm of particle size and > 30m²/g of surface area
o Enhancement of activity and stability : 280mA/cm² & 400h
5th year
o Optimization of synthetic process
o Synthesis of new catalysts
o Performance improvement by enhancement of activity and stability : 320mA/cm²
6th year
o Improvement of surface area of catalysts : < 200nm of particle size and > 50m²/g of surface area
o Enhancement of activity and stability : 350mA/cm² & 500h

Expected Contribution(응용분야 및 활용범위 포함)
- Application of ORR catalyst in alkaline fuel cell and OER catalyst in water electrolysis system
- Application of power sources in electric vehicle because cheaper price than lithium rechargeable batteries

(출처 : SUMMARY 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1한 글 요 약 문 ... 2SUMMARY ... 3보 안 성 검 토 ... 4연 구 분 야 ... 41. 과제 개요 ... 5 가. 최종 연구개발 목표 ... 5 나. 연구개발 성격 (기술준비도, Technology Readiness Level) ... 5 다. 연차별 연구목표 및 내용 ... 5 라. 과제 구성 ... 52. 전 단계 연구개발 실적 ... 6 가. 전 단계 연구개발 목표 및 달성도 ... 6 나. 전 단계 연구개발 추진전략 및 방법 ... 6 다. 전 단계 연구개발 내용 및 결과 ... 7 라. 전 단계 연구개발 실적(논문, 특허 등) ... 17 마. 연구개발 결과의 활용방안 및 기대효과 ... 20 바. 전 단계 연구비 집행 실적 ... 21 사. 전 단계 대형 연구 장비 구축 현황 ... 21 아. 주요 변경 사항 ... 213. 차기 단계 연구개발 계획 ... 22 가. 국·내외 연구 동향 ... 22 나. 차기 단계 연구개발 목표 ... 23 다. 차기 단계 연구개발 전략 및 방법 ... 24 라. 차기 단계 연구개발 범위 및 내용 ... 24 마. 주요 계획 ... 24 바. 기타 ... 25 사. 연구책임자 ... 25 아. 연구비 소요명세서 ... 26 자. 비목별 연구개발비 소요명세 ... 28 차. 참고사항 ... 31성과 정보 요약서 ... 34연구성과 창출 전략 계획서 ... 53끝페이지 ... 56