초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종목표는 멀티스케일 접근 방식을 신재생 에너지 시스템에 적용하여 기존 화석연료 에너지 시스템과 경쟁할 수 있는 신개념 광에너지, 분자에너지의 청정 고효율 미래 에너지 시스템 원천기술을 개발임.
1, 2단계 연구를 통하여 확보된 세계 최고 수준의 페로브스카이트 태양전지 기술, 저온 작동 고체산화물 연료전지 기술, 멀티스케일 고분자전해질막 연료전지 기술의 핵심원천기술 개발 및 사업화 기반 기술을 개발함
화석연료와 경쟁 또는 대체 가능한 신재생에너지의 적용확대를 위한 기술혁신을 목표로

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종목표는 멀티스케일 접근 방식을 신재생 에너지 시스템에 적용하여 기존 화석연료 에너지 시스템과 경쟁할 수 있는 신개념 광에너지, 분자에너지의 청정 고효율 미래 에너지 시스템 원천기술을 개발임.
1, 2단계 연구를 통하여 확보된 세계 최고 수준의 페로브스카이트 태양전지 기술, 저온 작동 고체산화물 연료전지 기술, 멀티스케일 고분자전해질막 연료전지 기술의 핵심원천기술 개발 및 사업화 기반 기술을 개발함
화석연료와 경쟁 또는 대체 가능한 신재생에너지의 적용확대를 위한 기술혁신을 목표로 나노/마이크로/매크로 멀티스케일 구조체 기술을 적용한 광 및 분자에너지 기반 에너지 변환시스템의 성능향상을 위하여,
집중형 융합연구를 추진하는 [핵심1] 집중형 융합연구 및 멀티스케일 아키텍쳐링 기술을 기반으로, 태양전지 및 연료전지 성능 혁신에 기여 가능한 [핵심2] 광 에너지 융합시스템 및 [핵심3] 분자에너지 융합시스템 원천 기술 개발함.
페로브스카이트 태양전지 기술, 차세대 태양전지 소재 원천기술, 저온작동 박막 고체산화물 연료전지 기술, 멀티스케일 고분자전해질막 연료전지 기술, 광-분자에너지 융합 원천기술 등 5개의 중점기술을 개발함.

□ 연구개발성과
세계를 선도하는 핵심원천기술을 개발함
- 페로브스카이트 기반 태양전지 연구개발을 세계적으로 선도함.(미국 재생에너지연구소(NREL)의 태양전지 세계 최고의 효율로 2013년 16.2%, 2014년 17.9%, 2015년 20.1%, 2016년 22.1%, 2017년 22.7%, 2019년 24.2%, 25.2%, 2020년 25.5%를 8번 갱신 등재되었으며 현재 세계최고효율 보유).
- 멀티스케일 아키텍쳐 박막 고체산화물 연료전지 플랫폼을 구현하여 고성능과 고안 정성을 획득, 전력밀도 0.8W/㎠ (활성면적 1cm², 단전지 크기 4cm²), 열화율 2.9%/1000hr 달성으로 세계최고수준임.
- 멀티스케일 고분자 전해질막 제작을 통한 수소연료전지 개발, 2.108 W/cm² (0.40mg_Pt/cm²), 1.652 W/cm² (0.125mg_Pt/cm²), 5000시간 내구성 9.1% loss의 세계 최고 수준 고성능 고내구성 수소연료전지 제작

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
- 분산발전용 및 개인 휴대용 전원공급원으로 경제적 파급효과 및 삶의 질 향상에 기여
- 우리나라의 해외 에너지 의존도(현재 97%)를 대폭 낮출 수 있을 뿐 아니라 신재생에너지 신산업 창출을 통해 국제 경쟁력 있는 미래성장 동력 확보가 기대
- 2023년 이후
● 페로브스카이트 태양전지 세계시장규모 6300억원, 국내시장규모 250억원 중 국내시장 50%이상 선점 예상 및 2020년 이후 세계시장 10% 점유에서 점진적 확대 예상
● SOFC(소형이동용 및 분산발전용) 세계시장규모 약 1조원 중 10%이상 점유 예상
● PEMFC(자동차용) 세계시장규모 약 5조원 중 5%이상 점유 예상

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

□ Purpose & Contents
The ultimate purpose of our research is to introduce the multi-scale approach technique combining nano-, micro-, and macro-scale procedures into renewable energy systems and, consequently, develop our original technology for highly-efficient, low-cost and clean future energy

□ Purpose & Contents
The ultimate purpose of our research is to introduce the multi-scale approach technique combining nano-, micro-, and macro-scale procedures into renewable energy systems and, consequently, develop our original technology for highly-efficient, low-cost and clean future energy systems that can compete with existing fossil fuels. Based on the highly recognized research outcomes from the first stage and the second stage of our project in fundamental technologies including Perovskite Solar Cell, LT SOFC, Multiscale PEMFC, we will develop them more into enhancing the feasibility of technology commercialization.
With the aim of establishing renewable energy system as a competitor or an alternative to fossil fuels, we are fully committed to achieving technology innovation through multiscale architecturing techniques in building and introducing nano-, micro-, and macro-scale integrated structures in solar and molecular energy systems.
In this light, we carry out fundamental and focused joint research on large-area 3-dimensional multiscale structure assembly to consequently develop original technology for Solar Energy Conversion and Molecular Energy Integration System.
We proceed our research project with 5 subdivided technologies as follows: 1) Perovskite Solar Cell Technology; 2) Original Technology for Next Generation Solar Cell Material; 3) Low-temperature Thin Film Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Technology; 4) Multiscale Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Technology; 5) Solar-Molecular Energy Fusion Technology.

□ Results
We have set milestones in the world’s energy technology studies:
- Playing a leading role in the field of perovskite solar cell. (Consecutively renewing the world’s highest record of perovskite solar cell efficiency 8 times for ourselves: 16.2% in 2013, 17.9% in 2014, 20.1% in 2015, 22.1% in 2016, 22.7% in 2017, 24.2% and 25.2% in 2019, 25.5% in 2020)
- Achieving high-performance, high-stability SOFC by realizing multiscale architecture thin-film SOFC platform, which has world’s highest record of 0.8W/㎠ power density (active area of 1cm²)
- Developing high-performance hydrogen fuel cell with multiscale polymer electrolyte membrane. The world’s highest performance PEMFC of 2.108 W/cm² (0.40mg_Pt/cm²) and 1.652 W/cm² (0.125mg_Pt/cm²) was accomplished.

□ Expected Contribution
- Our research is expected to contribute to boost the economy and improve life standards by pioneering the new market of distributed or portable power supply.
- Our research will play a key role in reducing national energy dependence on foreign countries (97% currently) and securing driving force with global competitiveness through the newly-developed market of renewable energy industry.
- Plan after 2023, the termination of our project
● (Perovskite Solar Cell) Of KRW 630 billion global market and KRW 25 billion national market, our share will become more than 50 percent and 10 percent, respectively and will further expand in a gradual manner.
● (LT SOFC) Of KRW 1 trillion global market, our share will become more than 10 percent through distributed or portable power supply.
● (Multiscale PEMFC) Of KRW 5 trillion global market, our share will become more than 5 percent through fuel cell vehicle such as automobile or drone.

(source : SUMMARY 7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 목차 ... 3
• 보고서 요약서 ... 4
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1. 연구개발 목적 ... 8
• 2. 연구개발의 필요성 ... 8
• 3. 연구개발의 내용 및 범위 ... 9
• 제2장. 연구수행내용 및 성과 ... 11
• 1. 전략 목표 및 성과목표 ... 11
• 2. 전략목표 및 성과목표 설정 근거 ... 12
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 제3장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 33
• 1. 목표 ... 33
• 2. 목표 달성여부 ... 39
• 3. 관련분야 기여도 ... 61
• 4. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 67
• 제4장. 연구개발성과의 활용 계획 ... 69
• 1. 연구개발 결과의 활용방안 ... 69
• 2. 연구개발 결과의 기대효과 ... 71
• 3. 핵심기술별 국내·외 동향분석 ... 76
• 4. 기술사업화로드맵 ... 85
• 5. 연구단 종료 이후의 자립화 방안 및 계획 ... 92
• 제5장. 연구개발성과의 보안등급 ... 97
• 제6장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 97
• 제7장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 98
• 제8장. 연구개발과제의 대표 연구 실적 ... 99
• 제9장. 기타 사항 ... 101
• 끝페이지 ... 102