초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
- 연료전지 자동차에 적용 가능한 5.1wt% 이상 작동온도 100℃ 고용량 고체 수소저장 소재 개발
- 유효수소부피밀도지수 1이상인 시스템 설계 및 개발

□ 개발내용 및 결과
- 개발기술, 제품에 대한 기술적인 원리, 연구내용 등 설명
- 열역학 계산 기법을 적용하여 촉매 종류 별 평형 상분율 예측하여 수소 방출 반응 용이한 촉매 선별함으로써 고체수소저장소재 설계 기술 개발.
- 다양한 전이금속 및 희토류금속 염화물 촉매를 분산시켜 수소 흡방출 특성을 비

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
- 연료전지 자동차에 적용 가능한 5.1wt% 이상 작동온도 100℃ 고용량 고체 수소저장 소재 개발
- 유효수소부피밀도지수 1이상인 시스템 설계 및 개발

□ 개발내용 및 결과
- 개발기술, 제품에 대한 기술적인 원리, 연구내용 등 설명
- 열역학 계산 기법을 적용하여 촉매 종류 별 평형 상분율 예측하여 수소 방출 반응 용이한 촉매 선별함으로써 고체수소저장소재 설계 기술 개발.
- 다양한 전이금속 및 희토류금속 염화물 촉매를 분산시켜 수소 흡방출 특성을 비교함으로서 반응속도 향상을 위한 우수 촉매 스크리닝.
- 실용화 기술 개발을 위한 고체수소저장소재의 2g/batch 합성 기술 및 디스크형 펠렛 제작 기술 확보.
- 합성 소재의 기초 특성 평가를 위하여 용량, 작동 온도, 저장 시간 및 열 물성 측정 기술 확보.
- 탄소계 고열전도 강화재 혼합 통한 고체수소저장 소재의 열전도도 향상 기술을 확보.
- ENG와 나노카본을 함께 첨가할 시 ENG 단일 첨가 대비 우수한 열전도도 향상 효과 확인.
- 나노스케일 non-chloride 촉매 물질 합성 방법 및 최적 조건 확보.
- NaAlH4계 소재에 대하여 우수한 수소 흡장 특성의 CeAl4 촉매의 확인. 2mol%의 촉매로 최대 수소 저장 용량 및 수소 저장 속도 증가 동시 향상된 결과 확보. 추가 적인 수소 저장 속도의 향상과 작동 온도 감소를 위한 추가 연구 필요.
- Mg(NH2)2+LiH계 reactive hydride composite(RHC)의 가역적인 수소 흡방출 성능 향상을 위한 첨가제 탐색 및 합성 조건 최적화 기술 확보.
- 합성 소재의 정확한 기초 특성 평가를 위한 용량, 작동 온도, 저장 시간 및 열 물성 측정 기술 개선
- 양산 적용을 위한 20kg/batch NaAlH4와 Mg(NH2)2-LiH 고체수소저장소재 공정조건 개선
- 시험소재의 수소저장/방축 특성 평가 및 동적열물성 측정기술 확보
- 수소 저장 200g 서브스케일 단위의 시스템 설계 및 시험 설비 구축
- 시스템 열교환시스템 설계를 위한 3차원 열 및 물질전달 전산모사 모델 개발

□ 기술개발 배경
- 수소는 연소 시 이산화탄소가 발생하지 않고 산소와 반응하여 물이 생성되는 청정 에너지원이며 태양광 및 풍력과 같은 재생에너지에 융합할 수 있어 차세대 에너지원으로 주목 받고 있음. 그러나 수소는 상온에서는 기체이므로 다양한 산업의 에너지원으로 활용하기 위해서는 효율적인 수소의 수송과 저장 기술 개발이 필요함.
- 수소를 저장하는 방법에는 고압기체저장, 저온액화저장, 고체 수소저장이 있으며, 고체수소저장 기술은 수소를 소재의 표면 또는 내부에 저장하는 기술로서, 다른 저장기술에 비해 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있고 낮은 가격과 높은 안정성을 확보할 수 있음.
- 수소를 연료로 사용하는 수소연료전지 자동차는 배출되는 것이 물 뿐, 환경오염 물질의 배출이 전혀 없는 무공해 자동차로 전기자동차에 비해 긴 주행거리와 짧은 충전시간의 장점이 있어 차세대 친환경차로 주목받고 있음. 수소연료전지 자동차는 국내에서 현대자동차가 2013년에 세계 최초로 양산을 시작했으나, 일본 Toyota에서 2014년에 판매를 시작하였고 Honda, Volkswagen 등 일본, 미국, 유럽의 나머지 자동차 회사에서도 수소연료전지 자동차 개발에 박차를 가하고 있어 세계에서 선도적인 위치를 유지하고 친환경차 시장을 선점하기 위해서는 차별화된 기술 개발이 필요함.

□ 핵심개발 기술의 의의
- 고체저장연료를 이용하여 연료전지자동차에 적용하기 위해서는 높은 수소저장밀도, 낮은 작동온도 및 충분한 흡/방출 사이클 속도를 만족해야 함
- 본 과제에서는 수소저장밀도 5wt%이상, 작동온도 100℃, 충분한 충/방전 특성을 가진 금속착수소화물 고체저장소재를 개발하고 개발된 소재를 바탕으로 연료전지 자동차용 시스템 무게저장 밀도 3.2wt% 수소 부피저장밀도 40g/L를 만족하는 저장시스템을 개발하는데에 있음
- 현재까지 보고된 연구결과로는 작동온도 150℃, 수소 부피저장밀도 12.5g/L 수즌으로 보고되고 있으며 실용적 단계로 보고된 예는 없음
- 연료전지자동차용 수소저장시스템을 제작하기 위해 자동차용 열교환시스템과 저장용기를 개발

□ 적용 분야
-연료전지자용차용 수소저장시스템, 수송용 수소저장시스템 및 수소저장 플랜트

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 과제의 개요 ... 17
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 21
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 21
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 24
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 25
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급(확힌 필요) ... 44
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 45
• 제 3 장 결과 ... 49
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 49
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 49
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 54
• 3. 기술개발 결과 ... 321
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 322
• 1. 각 기관/기업별 역할 ... 322
• 2. 기술개발 추진 내역 ... 326
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 327
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 328
• 제 4 장 사업화 계획 ... 335
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 335
• 제 2 절 사업화 계획 ... 336
• 1. 생산 계획 ... 336
• 2. 투자 계획 ... 337
• 3. 사업화 전략 ... 338
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 340
• 부록. 시험성적서, 도면, 설계도 등 ... 341
• 끝페이지 ... 353