초록 ▼

ㅇ 연구개요
본 연구의 최종 목표는, 아연-공기 배터리의 자가 발전으로 구동되는 고효율 수전해 기술을 개발하는 것으로, 별도의 전기 공급이 없이, 물과 공기를 원료로 에너지원인 수소를 반영구적으로 생산할 수 있는 이상적인 시스템이다. 그 핵심기술로는, 아연-공기 배터리 (OER < Oxygen Evolution Reaction >, ORR < Oxygen Reduction Reaction >) 및 전기화학적 총괄 물분해 (OER, HER < Hydrogen Evolution Reaction >)의 3가지 주요 기능을 동시에 효

ㅇ 연구개요
본 연구의 최종 목표는, 아연-공기 배터리의 자가 발전으로 구동되는 고효율 수전해 기술을 개발하는 것으로, 별도의 전기 공급이 없이, 물과 공기를 원료로 에너지원인 수소를 반영구적으로 생산할 수 있는 이상적인 시스템이다. 그 핵심기술로는, 아연-공기 배터리 (OER < Oxygen Evolution Reaction >, ORR < Oxygen Reduction Reaction >) 및 전기화학적 총괄 물분해 (OER, HER < Hydrogen Evolution Reaction >)의 3가지 주요 기능을 동시에 효과적으로 만족시키는 전기촉매의 개발을 포함한다.

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
< 1차년도 > 수전해용 MOF 기반 전기촉매의 설계/합성 및 총괄 수전해 (HER / OER)의 성능 최적화
❍ 전도성 기판으로 N, S 복합 첨가된 그래파이트 포일 (NSD-GF)의 제조
❍ Electrodeposition을 포함한, MOF 기반 Phosphide/LDH 복합 전기촉매의 합성
❍ < HER/OER 목표 > (성능) 각각 40 mV 이하 및 120 mV이하 @10 mA/cm2의 HER and OER overpotential 성능 및 (안정성) 최소 200 hrs의 안정성 확보를 목표로 함
❍ < 총괄 water splitting 목표 > 전류밀도 10 및 50 mA/cm2에서 각각 1.4 V 및 1.55 V 이하의 총괄 overpotential의 확보를 목표로 함
❍ MOF 기반 다양한 복합촉매에 대한 제조공정-물성-구조-기능성에 대한 각종 분석 실시 (FE-SEM, EDS, XPS, TEM, CV, LSV, GC, CA 등) 및 상관성 조사
❍ 촉매 활성에 대한 활성점 및 표면공학적 인자들의 효과 분석을 위한 DFT 모델링/시뮬레이션 병행
< 2차년도 > 아연-공기 배터리의 OER 및 ORR용 전기촉매의 합성 및 성능 최적화
❍ 전기전도성 기판 상에 PANI@MnFexN (Flexible) 전기촉매의 체계적인 합성
❍ 전기촉매의 구조 및 형상 변화에 대한 Ex-situ 분석 실시 (FE-SEM, XRD, TEM, XPS, 접촉각 등)
❍ OER/ORR 성능 향상을 위한 전기화학적 분석 (chronoamperometry를 이용하여 SV, EIS, 안정성 테스트)
❍ < ORR 목표 > ORR 성능 및 안정성 최적화를 위한 테스트 실시 (Half wave potential < 0.80 vs RHE)
❍ < 아연-공기 배터리 목표 > 장기 안정성 및 우수한 Power Density (1차년 water splitting 목표치를 수용하는 성능)를 지니는 flexible 배터리 성능 테스트
❍ 원자 구조와 ORR 활성간의 상관성 규명을 위한 DFT 모델링/시뮬레이션 병행

ㅇ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
❍ MOF 유래 전이금속 도입 계층 구조형 전기촉매 및 이의 표면상에서의 HER, OER, ORR 메커니즘 규명을 통하여 소재/에너지 분야에서 과학적 진일보에 기여함
❍ 자연의 기본원료인 물과 공기를 원료로 사용하는 지속가능/친환경 에너지원인 수소 생산시, 추가 전기 공급 없이 자가 발전하여 수소를 생산하는 기술적 난제를 해결하고 효과적으로 사용 가능한 신규 전기촉매 기술 개발은 매우 큰 의미를 지님
❍ 실제로 이용 가능한 가변성 및 대면적 구성의 전기촉매 전극으로 구성된 시스템 구성은, 별도의 큰 과정 없이 효과적으로 적용 가능하다고 판단됨


(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 8
• 3) 목표 달성 수준 ... 8
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 참고문헌 ... 11
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 13
• 끝페이지 ... 19