초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용(세부총괄)
◎ 최종 목표
본 연구의 목적은 테마형 웹플랫폼 개발에 필수 기술인 전지 전극용 나노소재의 성능 평가 효율화 기술을 개발하는 데 있다.

◎ 전체 내용
탈귀금속 촉매 나노입자에서의 산소환원반응에 대한 범밀도함수 계산과정의 효율화 기술 및 후처리 자동화 기술 개발이고, 이는 금속촉매 나노입자 계면에서의 산소분자 반응에 대한 DFT 계산과정 자동화, ORR 에너지다이어그램 구축 자동화, 이를 통해 얻어진 물성 데이터 및 전기화학 성능 관련 데이터에 대한 소재정보학 (소재

□ 연구개발 목표 및 내용(세부총괄)
◎ 최종 목표
본 연구의 목적은 테마형 웹플랫폼 개발에 필수 기술인 전지 전극용 나노소재의 성능 평가 효율화 기술을 개발하는 데 있다.

◎ 전체 내용
탈귀금속 촉매 나노입자에서의 산소환원반응에 대한 범밀도함수 계산과정의 효율화 기술 및 후처리 자동화 기술 개발이고, 이는 금속촉매 나노입자 계면에서의 산소분자 반응에 대한 DFT 계산과정 자동화, ORR 에너지다이어그램 구축 자동화, 이를 통해 얻어진 물성 데이터 및 전기화학 성능 관련 데이터에 대한 소재정보학 (소재 빅데이터) 분석 과정의 자동화를 포함한다.

◎ 1단계
● 목표 및 내용
○ 순수귀금속 나노소재 계면에서의 성능 예측 실증 시험
-일원계 나노입자에서의 계면성능 관련 DFT 계산
-효율화할 세부 계산과정 선정

○ 성능예측 세부단계들에 대한 자동화기술 개발
-표면반응계산 모델 구축 자동화 기술 개발
-DFT 데이터 후처리를 통한 ORR반응 에너지다이어그램 생성 자동화 알고리즘 개발

○ 이원계 금속 나노소재 계면에서의 성능 예측 자동화 기술 개발
-이원계 귀금속합금 (예: Pt3Ni, Pt3Co) 나노입자의 계면성능에 대한 DFT 계산
-1차년도의 자동화 기술 갱신

○ 소재정보학 분석 수행
-표면 기초물성와 기존 나노입자 흡착 계산 데이터간의 상관관계 정량화에 따른 흡착거동 예측 도구 개발

○ 금속 나노입자의 계면반응에 대한 계산 정확도 향상
-추가 에너지 항목 고려를 통한 계산 정확도 향상

○ 소재정보학 분석 기능 플랫폼 내 탑재
-2차년도에 개발되어진 흡착에너지 예측 도구의 실증 및 플랫폼 탑재 [관리자가 정보학 분석을 수행하고 관련 데이터를 주기적으로 플랫폼에 업로드 하는 형태로 탑재]

◎ 2단계
● 목표 및 내용
○ 탈귀금속 합금 나노입자의 촉매 성능 예측 자동화 수행
-탈귀금속 나노입자의 계면반응에 대한 DFT 계산
-구조변수 증가에 따른 효율화 기술 갱신

○ 활성화 에너지 DFT 계산 자동화
-활성화 에너지 예측 모델 도출을 위한 관련 DFT 계산 수행
-활성화 에너지 계산 자동화 수행

○ 탈금속 산화물 나노입자의 촉매 성능 예측 자동화 수행
-테스트 산화물 나노입자의 계면 반응에 대한 DFT 계산
-화합물 표면원자 종류의 다양화에 따른 계면 계산 자동화 기술 갱신
-개발된 모듈들의 최적화 수행

○ 구조변수 다양성을 고려한 촉매 물성 예측 자동화 기술 갱신 및 내부 테스트 기반의 모듈 최적화 수행
-나노구조변수 증가에 따른 자동화 기술 갱신
-내부 테스트를 통한 촉매성능 예측 모듈 최적화 수행

□ 연구개발 목표 및 내용 (위탁)
◎ 1단계
● 목표 및 내용
○ Gibbs-Wulff theory 구현
-플랫폼 형태의 정보제공 및 GUI BETA버전 제작

○ 표면 에너지 데이터베이스
-핵심-금속 표면에너지 데이터베이스 제작, 균열-결합 이론기반 표면에너지 경향분석

○ 전극물질 구조 모델링 소프트웨어 개발
-사용자가 모사하고자 하는 입자와 소재의 구조 모형을 생성하는 GUI 소프트웨어 개발

○ 전극 물질 성능 예측 시뮬레이션 GUI 개발 및 웹환경 구동
-촉매의 활성과 ORR 반응 전산모사 기법 구현과 결과 해석에 필요한 소프트웨어 개발

○ 소재정보학 기능을 웹플랫폼에 구현 (DB정리)
-qCat에서 수행된 계산의 결과를 바탕으로 빅데이터 및 머신 러닝등에 활용할 수 있는 데이터베이스 활용 체계 구축

○ 계산 자동화를 위한 소프트웨어간의 프로토콜 개발
-qCat내에 구축한 Plugin간의 연동을 통해 계산 자동화 체계 구축

◎ 2단계
● 목표 및 내용
나노 입자 데이터 특성 파악 및 데이터 전처리
-기초 통계 분석을 통한 적합한 데이터전처리 시행

흡착/활성화 에너지에 영향을 미치는 주요인자 추출과 알고리즘 적용
-흡착/활성화 에너지 예측을 위한 주요인자 추출
-기계학습 기반 알고리즘 적용

최종 예측 모델 수립을 위한 최적화 및 검증
-4가지 이상의 알고리즘의 하이퍼파라미터 탐색과정
-최종 예측 모델 검증

최종 예측 모델 기반의 데이터 구조화
-검증된 활성화 에너지 예측 모델에 나노 소재 물성 데이터를 연결하여 구조화
-예측 모델에 활용된 자료를 구조적으로 집합화

□ 연구개발성과
- 다양한 구조의 계면 최외각 원자 자동선별 기술 개발
- 흡착점간의 유사성 정량화 기술 및 분자흡착 자동화 기술 개발
- 촉매소재 산소환원반응 에너지다이어그램 구축 자동화 기술 개발
- 전극용 나노소재 전산모사의 웹플랫폼 적용을 위한 소프트웨어 개발
- 전자구조계산 자동화 기술 개발
- 소재정보학 분석 수행

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
해당과제의 핵심기술은 높은 확장성을 보유하고 있음. 계면 최외각 원자 선별 기술은 이상적인 평표면을 포함하여, 나노입자, 이차원소재, 비정질소재에 적용가능한 범용기술임. 분자흡착 자동화 기술 역시 적용 소재군 확장 및 알고리즘 개선을 통해 다양한 소재 시뮬레이션에 널리 적용 가능함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 1.1. 연구개발 개요 ... 6
• 1.2. 연구개발 대상의 국내·외 연구현황 ... 6
• 1.3. 연구개발의 중요성 ... 6
• 1.4. 선행연구의 내용 및 결과 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 2.1. 다양한 구조의 계면 최외각 원자 선별 기술 개발 ... 9
• 2.2. 흡착점간의 유사성 정량화 기술 및 분자흡착 자동화 기술 개발 ... 15
• 2.3. 촉매 산소환원반응 에너지 다이어그램 구축 자동화 기술 개발 ... 19
• 2.4. Gibbs-Wulff theory 구현 및 데이터베이스 구축 ... 23
• 2.5. 소재정보학 기능을 웹플랫폼에 구현 ... 25
• 2.6. 계산 자동화를 위한 소프트웨어간의 프로토콜 개발 ... 26
• 2.7. 촉매 물성 관련 데이터분석 수행 ... 28
• 2.8. 촉매물성 예측 모델 구현 ... 29
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 32
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 39
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 40
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 40
• 붙임. 참고문헌 ... 41
• 끝페이지 ... 42