초록 ▼

□ 연구개발 목표
수소경제사회 도래를 촉진하기 위해 재생에너지를 활용한 수소생산기술의 중요성이
증대되고 있음. 기존 화석연료를 이용한 수소생산 기술인 부생수소방식 또는
추출수소방식은 실용화단계에 이르렀으나 CO₂ 발생에 따른 온난화와 환경문제를 해결할 수
없는 상황임. 따라서 본 연구에서는 이산화탄소 발생 없이 수소를 생산하는 친환경
수소생산기술 연구를 수행하고자 함. 태양광 기반 광전기화학적 (PEC) 수소생산은 물을
원료로 태양광을 연계하여 저전력 수소생산을 구현하는 친환경 C

□ 연구개발 목표
수소경제사회 도래를 촉진하기 위해 재생에너지를 활용한 수소생산기술의 중요성이
증대되고 있음. 기존 화석연료를 이용한 수소생산 기술인 부생수소방식 또는
추출수소방식은 실용화단계에 이르렀으나 CO₂ 발생에 따른 온난화와 환경문제를 해결할 수
없는 상황임. 따라서 본 연구에서는 이산화탄소 발생 없이 수소를 생산하는 친환경
수소생산기술 연구를 수행하고자 함. 태양광 기반 광전기화학적 (PEC) 수소생산은 물을
원료로 태양광을 연계하여 저전력 수소생산을 구현하는 친환경 CO_2\-free 수소생산 기술임.
현재 진행되는 PEC 수소생산 연구는 소면적에서 구현되고 있으며 PEC 셀의 스케일업 시에
발생하는 효율저하는 태양광 수소생산 실용화에 큰 걸림돌로 작용하고 있음. 본 연구는
포톤제어기술에 의한 스케일업 태양광 수소생산 모듈 고효율화 핵심원천기술 개발을
달성하여, 태양광 기반 CO₂-free Green 수소생산 상용화에 기여하는 것을 목표로 함.

□ 연구개발 내용
현재 광전기화학 소자 개발을 위한 전극 제작 기술은 소면적 전극 제작 기술에 머무르고
있음. PEC 셀 의 스케일업 할 때 효율저하가 발생하고 있으며 기존 광전극 제작 기술의
대면적화 한계를 돌파할 새로운 전극 제작 기술의 개발이 필요함. 본 연구에서는 스케일업
효율저하 극복과 광전극 소재의 효율향상을 통해 대면적화 한계를 돌파할 것임. 스케일업
효율저하 극복을 위해 ①저저항 투명전극 개발 및 ② 대면적 균일코팅 공정 기술 개발,
광전극 효율향상을 위해 ①포톤제어를 위한 플라즈모닉 메타나노구조, ②헤테로/하이브리드
소재 활용, 및 ③산화반응 활성화를 통해 기술적 난제를 해결하고자 한다.
■ 1단계 목표: 대면적(25㎠) 고효율 태양광 수소생산 핵심 원천기술 개발
○ 스케일업 태양광 수소생산을 위한 저저항 투명 광전극 핵심 기술 개발
○ 포톤제어기술에 의한 태양광 수소생산 고효율화 핵심 기술 개발
○ 대면적(25㎠) 고효율 태양광 수소생산 모듈 개발
■ 2단계 목표: 대면적(100㎠) 고효율 태양광 수소생산 모듈 개발
○ 100㎠ 면적 태양광 PEC 수소생산 모듈 제작 및 광전기화학 성능평가
○ 100㎠ 면적 PV적용 자발적 태양광 PEC 수소생산 모듈 시작품 제작 및 평가 (수전해
STH 4% at at V_RHE= 1.23V AM1.5G, Hole scavenger에 의한 STH 10% at V_RHE=
1.23V AM1.5G)

□ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
○ 수소경제 시대에 적극적으로 대응하기 위해서는, 광전기화학 수소생산 (물분해) 기술 연구는 “생산 효율과 양산능력”의 획기적 배양이 필요함. 본 과제에서는, 소재부문에서의 결과들을 연계하고. 나노기술과 셀-시스템 기술과의 융합으로 “수소생산 효율과 양산능력”의 한계를 돌파하고 실용화 기술로 도약할 수 있는 핵심을 제공할 것으로 기대됨.
○ 산업경제적 측면에서, 중장기적 친환경 수소생산 로드맵에 부합되어 기술상용화 측면에서 기여할 수 있는 중요한 의미를 갖게 될 것으로 기대됨.
○ 또한, (인류)사회적 관점에서 본 과제 연구결과는 이러한 예측기대를 실현하여 인류사회와 자연생태계 건강을 회복하는데 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 7
• Ⅰ. 전 단계 연구개발 실적 ... 8
• 1. 연구개발 목표 및 평가항목별 성과 ... 8
• 2. 추진내용 및 연구개발결과 ... 10
• Ⅱ. 차기단계 연구개발 계획 ... 42
• 1. 연구개발 목표 및 평가항목 ... 42
• 2. 연구개발 내용, 방법, 추진체계 및 일정 ... 45
• 3. 참여인력 계획 ... 51
• 4. 연구개발비 집행계획 ... 52
• 5. 연구에 활용 예정인 주요 장비 현황 ... 59
• 6. 사업화 추진 계획 ... 59
• 7. 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 60
• Ⅲ. 당초 연구계획 대비 주요 변경사항 ... 62
• 1. 전 단계 실적 부분 ... 62
• 2. 차기 단계 계획 부분 ... 62
• 끝페이지 ... 64