초록 ▼

□ 연구개요
- 본 연구에서는 프로톤 전도 매커니즘 분석할 수 있는 기반 시스템을 마련하고 프로톤 전도 특성을 이용하여 고성능 및 고 신뢰성 전극 및 촉매를 개발하고 PCFC 뿐만 아니라 다양한 에너지 장치들 (금속-공기전지, 수전해셀 및 공전해셀)에 적용하는 것이 목표

□ 연구 목표대비 연구결과
정량적 추진 목표
프로톤 전도 매커니즘 분석 할 수 있는 기반 시스템을 마련했고, 새로운 물질들을 개발 하여 다양한 에너지 장치들에 적용 되었을 때 전기화학적 성능 목표를 대부분 다 초과 달성함.
- PC

□ 연구개요
- 본 연구에서는 프로톤 전도 매커니즘 분석할 수 있는 기반 시스템을 마련하고 프로톤 전도 특성을 이용하여 고성능 및 고 신뢰성 전극 및 촉매를 개발하고 PCFC 뿐만 아니라 다양한 에너지 장치들 (금속-공기전지, 수전해셀 및 공전해셀)에 적용하는 것이 목표

□ 연구 목표대비 연구결과
정량적 추진 목표
프로톤 전도 매커니즘 분석 할 수 있는 기반 시스템을 마련했고, 새로운 물질들을 개발 하여 다양한 에너지 장치들에 적용 되었을 때 전기화학적 성능 목표를 대부분 다 초과 달성함.
- PC-SOFC용 촉매및 전극 소재 분극저항 0.06 Ω cm² (125% 달성)
- 실험실 규모의 단위 셀 시스템 최대 출력 밀도 2.0 W cm^-2 @ 750 ℃(109% 달성)
- 수소 발생 반응 촉매 활성도 (vs. 20 wt.% Pt 담지촉매대비 >80%) (125% 달성)
- MAB 촉매 산소 발생 반응 촉매 활성도 1.5 V (vs. RHE) (111% 달성)
- MAB 촉매 산소 환원 반응 촉매 활성도 0.8 V (vs. RHE) (102% 달성)
- MAB 사이클 안정성 400 h (137% 달성)
- 수전해 전지 1.3 V에서 Current density 3.5 A cm^-2 @ 700℃ (120% 달성)
- 공전해전지 1.3 V에서 Current density 1.5 A cm^-2 @ 800℃ (93% 달성)

정량적 연구 실적 (양적 평가 124%/질적 평가 160%)
2019 JCR 기준 상위 1% 이내 ( Energy & Environ. Sci.) 논문을 포함하여 분야 상위 5% 이내 저널에 총 5편 게재 (Nano Energy (3편), Science Advances (1편), Renew. Sust. Energ. Rev. (1편)) 분야 상위 10% 이내 저널에 총 14편 게재 (Small (1편), Nat. Commun. (2편), ACS nano (1편), Angew. Chem.-Int. Edit.(3편), J. Mater. Chem. A (4편), ACS Catal. (1편), Nano Lett. (1편), Adv. Sci. (1편)) 분야 상위 30% 이내 저널에 총 2편 게재 (Sci Rep(1편), Int. J. Precis Eng Manuf-Green Technol.(1편)) 분야 상위 40% 이내 저널에 총 4편 게재 (J. Electrochem. Soc.(1편), ChemElectroChem (3편))

정량적 특허 실적 (국내 등록 및 출원 180%/260%/국외 출원 600%)
세계 최초 금속-이산화탄소 시스템 및 수전해 시스템 관련 하여 국내 특허 등록 9건, 출원 29건, 국외 특허 출원 6건으로 기초연구를 기반으로 한 기술 실증화 가능성을 매우 높임. 출원된 국외 특허가 등록 되는데는 1년 이상의 시간이 소요되므로, 목표했던 국외 특허 등록 1건 또한 수개월 내에 달성할 수 있을 것으로 판단됨.
기존 목표치 보다 국내 출원, 등록, 국외 출원 성과에 대해 초과 달성함.

인력 양석 실적
박사 과정 5명중 3명은 박사 후 과정 (미국 펜실베니아주립대, 미국 캘리포니아주립대, 호주 UNSW 발탁)으로 해외 진출, 2명은 (MiCo, 후성)으로의 취직 등의 우수한 박사급 인력을 배출하였으며 하반기에 박사과정 1명 추가 배출 예정 (주식회사 GT CEO 발탁)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 세계적 선도 연구주제인 프로톤 전달 메커니즘 및 특성분석법을 정립하여 여러 분야에 기술적으로 적용이 가능한 기반이 마련됨. 이를 활용 하여 프로톤 관련 전기화학 장치의 기반 기술로 사용 하고 프로톤 반응에 최적화된 신 물질으 개발할 예정임 (예: 물질의 도핑 효과에 따른 프로톤 특성 분석)
- 다양한 지속 가능한 에너지 생산, 수소 에너지 활용 장치에 대한 깊은 이해를 바탕으로 2050 Net Zero라는 세계적인 공동 목표를 달성 하는데에 크게 기여함.
- 특히, 본 연구과제를 통해 개발된 “금속-이산화탄소 전지”와 “토포태틱이온교환법”은 각 분야에서 최초로 보고된 장치와 접근법으로서 그 영향력이 매우 크며 앞으로의 연구 확장이 더 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.-(1) 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 1.-(2)연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 1차년도(2018.09):프로톤 전도 매커니즘 분석 툴 제시 및 특성 연구 및 적용 ... 5
• (2) 2차년도(2019):촉매 물질 특성 분석 ... 6
• (3) 3~4차년도(2020~2021.09):시스템 구축 및 피드백을 통한 최적화 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 3.-(1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 3.-(2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 46
• 끝페이지 ... 61