초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
수소연료전지자동차의 안전한 민간보급을 위하여 On-Board 고압수소연료탱크 및 모듈에 적용되는 수소가스 대면 금속/비금속 소재의 사용 적합성을 평가하기 위한 기술 개발

◼ 전체 내용
- 수소 전기자동차용 내압 용기 및 부품 모듈부에 사용되는 금속/비금속 소재의 안전 사용 적합성을 평가하는 기술 및 시험절차 개발
- 고압 수소 저장용 금속/비금속 소재에 대한 사용적합성 평가를 위한 국내 기준/코드 개발 및 국제 코드 제안

◼ 1년차
❏ 목표

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
수소연료전지자동차의 안전한 민간보급을 위하여 On-Board 고압수소연료탱크 및 모듈에 적용되는 수소가스 대면 금속/비금속 소재의 사용 적합성을 평가하기 위한 기술 개발

◼ 전체 내용
- 수소 전기자동차용 내압 용기 및 부품 모듈부에 사용되는 금속/비금속 소재의 안전 사용 적합성을 평가하는 기술 및 시험절차 개발
- 고압 수소 저장용 금속/비금속 소재에 대한 사용적합성 평가를 위한 국내 기준/코드 개발 및 국제 코드 제안

◼ 1년차
❏ 목표
- 한국표준과학연구원: 수소전기차용 금속/비금속 소재의 시험 평가 절차서 개발 및 비교 숙련도 시험
- 한국가스안전공사: 비금속 소재 시험평가 관련 해외 사례 조사 및 실증시험 항목 설정
- 한국신발피혁연구원: 안전사용 적합성 평가를 위한 비금속 소재별 표준 시험편 개발
- 안동대학교: 고압 수소환경하 금속소재의 스크리닝을 위한 간편 시험법 확립
- 경희대학교: 금속재료의 수소취성을 고려한 파손모델 선정
❏ 내용
❖ 주관
표준연
• 금속 소재에 대한 사용 적합성 평가 시스템 및 기술 개발 - 금속 소재에 대한 역학 물성 평가 시스템 및 평가 기술 개발
- SUS316L 시료에 대한 인장 및 피로 특성 측정
• 비금속 소재에 대한 사용 적합성 평가 기술 개발 - 비금속 소재의 물성평가(기계적 물성, 수소투과도, 물리적 특성 등) 시험 절차서 개발
- 내부기관 간 비교 숙련도 평가

❖ 공동
KGS
• 수소용기 라이너 시험 측정 비교숙련도 평가 - KOLAS 및 표준연과 비교 숙련도
• 해외 비금속 소재 평가 정보 조사 - 비금속 소재 시험 관련 해외 기준 및 연구 조사
- 비금속 소재 시험 평가 절차서에 따른 장비 구축
KIFLT
• 상용화된 고무 실링제와 라이너 소재 분석
- 고무 실링제 4종과 라이너 소재 1종의 화학 구조, 조성 및 열적 특성 분석
• EPDM 및 FKM 고무의 물성 측정을 위한 표준 시편 배합 개발
- 가교구조, 충진제의 종류와 함량별 노출에 따른 기계적, 물리적 특성 연구
- 수소 정합성 시험을 위한 표준 배합 선정

❖ 위탁
안동대
• 인시츄 SP법을 사용한 수소취화 간편시험법 개발 및 스크리닝 적합성 평가기술 개발
경희대
• 수소취화 메커니즘 및 손상역학 기반의 해석기법 분석
- 선행연구 분석을 통한 수소취화 메커니즘 분석
- 손상역학 기반의 해석기법 및 파손모델 분석
• 시험편 예비해석 및 최적 파손모델 선정
- 시험편의 유한요소 모델링 및 요소망 최적화
- 선행연구 분석 및 예비해석을 통한 최적 파손모델 선정

◼ 2년차
❏ 목표
- 한국표준과학연구원: 수소연료전지자동차용 금속/비금속 소재의 물성 평가 및 DB 구축
- 한국가스안전공사: 수소용기라이너의 안전적합성 평가 기준 개발을 위한 성능 평가
- 한국신발피혁연구원: 안전 사용 적합성 평가를 위한 비금속 소재별 표준 시험편 개발
- 안동대학교: 고압 수소환경하 금속소재의 취화 스크리닝 간편시험법 적용을 위한 평가기술 검증
- 경희대학교: 수소환경 금속재료의 수치해석 기반 물성변화 예측기술 개발(1)
❏ 내용
❖ 주관
표준연
• 고압수소 환경 하 금속 소재의 물성 평가 및 DB 구축 - 금속 소재 사용 적합성 평가 기준 개발을 위한 역학 물성 평가 기술 개발
- 저온(-40 ℃), 고압(100 MPa) 수소가스 환경에서 금속 소재 인장 및 피로 특성 평가
- 미국, 독일, 일본, 중국 등과 금속 소재 물성 평가 RRT 수행
• 비금속 소재에 대한 사용 적합성 평가 시스템 개발 - 비금속 소재 사용 적합성 판단을 위한 재료 오염도, Cyclic 평가 장치, in situ 마모 특성 측정 시스템 개발
• 고압수소 환경 하 비금속 실링 소재의 물성 평가 및 DB 구축 - EPDM 소재의 기계적 물성, 수소 투과도, 물리적 안정성 평가 및 DB 구축

❖ 공동
KGS
• 국제규격(CHMC2)에 따른 국내 라이너 (PA6,11) 확산투과성능평가
- 비금속소재에 대한 수소투과성장비 구축 및 평가 기술 개발
• 국제규격(CHMC2)에 따른 국내 라이너 (PA6,11) 물리적 안정성 성능평가
- 비금속소재에 대한 수소 물리적 안전성 평가 기술 개발
• 국제규격(CHMC2)에 따른 국내 라이너 (PA6,11) 재료성질 변화 성능평가
- 비금속소재에 대한 재료성질 변화에 대한 평가 기술 개발
• 국제규격(CHMC2)에 따른 국내 라이너 (PA6,11) 재료불순물 분석 성능평가
- 비금속소재에 대한 불순물 분석장비 구축 및 성능 평가 기술 개발
• 국제규격(CHMC2)에 따른 국내 라이너 (PA6,11) 반복폭로성능평가
- 비금속소재에 대한 수소반복장비 구축 및 평가 기술 개발
• 고압수소환경에 따른 PA6,11 열중량 변화 분석
- 비금속소재에 대한 열중량 평가 기술 개발
KIFLT
• TPU 실링 소재의 수소정합성 시험용 배합 표준화 개발
- HS/SS 함량, 화학구조, 가공 방법, 충진제 첨가량별에 따른 수소 노출에 따른 물리적, 기계적 특성 분석
- TPU 소재의 수소정합성 시험용 표준 시편 제조 공정 표준화 제안
• PA 라이너 소재의 수소정합성 시험용 배합 표준화 개발
- PA의 화학 구조, 분자량 분포, Glass fiber 함량별 물리적, 기계적 특성 분석
- PA 소재의 수소정합성 시험용 표준 시편 제조 공정 표준화 제안

❖ 위탁
안동대
• 고압, 저온 수소환경하에서 수소연료전지차용 금속소재의 취화 특성 데이터 분석: 수치해석 및 신뢰성 평가
경희대
• 수소환경 시험 데이터 수집 및 분석
- 수소환경 조건에 따른 물성 시험 데이터 수집 (P-δ 곡선 등)
- 수소환경에 따른 주요 물성변화 분석 (σ-ε 곡선 등)
• 수소취성 주요인자 도출 및 물성변화 예측기법 개발
- 최적 파손모델 대상 수소취성 주요인자 도출
- 수소취성 주요인자 별 민감도 분석을 통한 물성변화 예측기법 개발

◼ 3년차
❏ 목표
- 한국표준과학연구원: 수소연료전지자동차에 적용되는 금속/비금속 실링 소재의 사용 적합성 평가 기술 개발 및 국제 코드 제안
- 한국가스안전공사: 수소용기 라이너의 안전적합성 평가 및 평가 기준 개발
- 한국신발피혁연구원: 비금속 재료 분류 체계별 CHMC2에서 제안한 물성 측정 표준 시험 방법 개발
- 안동대학교: 고압수소환경 하 금속소재의 수소취화 스크리닝을 위한 간편시험법 기준안 개발
- 경희대학교: 수소환경 금속재료의 수치해석 기반 물성변화 예측기술 개발 (2)
❏ 내용
❖ 주관
표준연
• 고압수소 환경 하 금속 소재의 물성 평가 및 DB 구축 - 저온(-40 ℃), 고압(100 MPa) 수소가스 환경에서 금속 소재 SSRT, Fatigue 평가
• 고압수소 환경 하 비금속 실링 소재의 물성 평가 및 DB 구축 - FKM, TPU 소재의 기계적 물성, 수소 투과도, 물리적 안정성 평가 및 DB 구축
• 고압 수소 환경 하 금속/비금속 소재 사용 적합성 기준/코드 개발 - 고압 수소 환경에서의 금속/비금속 실링 소재에 대한 사용 적합성 평가 코드 개발
- 국토부 자동차용 내압용기 안전에 관한 규정 개정안 제안

❖ 공동
KGS
• 수소용기 라이너소재의 물성 평가 및 DB 구축
- 라이너재료별 성능에 대한 안전성평가
• 수소용기 라이너의 평가기준안 개발
- 국토부 고시 제안
KIFLT
• PA 11 라이너 소재의 수소정합성 평가를 위한 표준 배합 선정
- 결정화도, glass fiber 함량 및 가공 방법에 따른 수소 노출에 의한 기계적, 물리적 특성 분석을 이용한 수소 정합성 평가를 위한 PA 11 라이너 소재 표준 배합 도출
• 시험조건 설정을 위한 소재별 등급 분류 체계 구축
- 실링 소재 3종 및 라이너 소재 2종에 대한 상온의 87.5 MPa 고압 수소 노출에 의한 부피 변화율 및 인장 물성 측정 및 안전 적합성 시험조건 설정을 위한 등급 분류 체계 구축
• 수소 노출 후의 고신뢰성 특성 변화 시험 방법 개발
- 실링 소재 3종과 라이너 소재 2종에 대한 고신뢰도 구간의 취출 시간 표준화
- 신뢰성과 변별력이 높은 수소 노출에 의한 각 소재별 인장 물성 및 부피 변화율 측정 시험 방법 제시

❖ 위탁
안동대
• 고압, 저온 수소환경하에서 수소차용 금속소재의 취화 특성 데이터 분석
• 간편시험법 적용 수소취화(HE)민감도 등급 분류 기준안
경희대
• 시험편의 수소환경 변화를 고려한 균열 해석 및 정량화
- 다양한 수소환경에 따른 시험편의 균열 진전 해석 (J-R 곡선 도출)
- 수소취성 주요인자 및 물성변화 예측기법의 실험 검증 및 정량화
• 수소취성을 반영한 금속기기 사용적합성 평가 방안 수립
- 금속기기 대상 물성변화 예측기법 예비 적용 및 평가
- 수소취성을 반영한 금속기기의 물성변화 예측기법 적합성 평가 방안 수립

□ 연구개발성과
• 고압 수소 환경 하 금속 소재의 물성 평가 및 DB 구축 - 금속 소재에 대한 역학 물성 평가 시스템 및 평가 기술 개발
- STS, Al 소재의 고압 수소 환경 물성 평가 및 DB 구축
- UN-GTR 13 주관 금속 소재 RRT 수행 및 결과 보고
• 금속 소재의 수소사용 적합성 스크리닝 간편 시험법 개발 - in situ SP 시험법을 이용한 수소취화 간편 시험법 개발
• 금속 소재의 물성변화 예측 기술 개발
- 수소취성 소재의 파손 모델 및 물성 예측식 개발
• 금속 소재의 사용 적합성 평가 코드 개발 및 국내 기준 제안 - 금속 소재의 수소 적합성 평가 코드 개발 및 국토부 고시 개정안 제안
• 고압 수소 환경 하 비금속 소재의 물성 평가 및 DB 구축
- 고압 수소 환경 평가를 위한 시제품 3종 개발 - 비금속 실링 소재 및 라이너 소재에 대한 고압 수소 환경 물성 평가 및 DB 구축
- KOLAS 및 내부 기관간 비교 숙련도 평가
• 비금속 소재의 사용 적합성 평가 코드 개발 및 국내 기준 제안 - 비금속 실링 소재의 수소 적합성 평가 코드 개발 및 국토부 고시 개정안 제안 - 비금속 라이너 소재의 수소 적합성 평가 코드 개발 및 국토부 고시 개정안 제안
• 안전사용 적합성 평가를 위한 소재별 표준 시험편 및 시험 프로세스 개발 - 비금속 실링, 라이너 소재의 수소 정합성 평가를 위한 표준 배합 선정
- 소재 등급별 CHMC 2 시험 프로세스 개발

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
- 고압수소저장용 부품, 소재에 대한 안전성 측정 및 평가 기술을 통해 부품, 소재들의 파손 및 수명 예측
- 표준화된 물성평가기술 보급으로 평가결과의 신뢰도 제고 및 이를 활용한 국제코드제안, 고성능 소재 및 부품 개발
- 수소경제의 보급을 위해 고압수소환경하 부품, 소재의 정확한 영향에 대해 물성 DB 정보 제공을 통해 수소 전기차 설계에 활용 가능
- 수소경제의 보급을 위해 고압수소환경하 부품, 소재의 정확한 영향에 대해 물성 DB 정보 제공을 통해 수소 전기차 설계에 활용 가능
- 고압수소용 재료의 사용 적합성 평가 기술 개발 및 표준화된 시험 절차서를 개발하여 관련 업체에 측정 서비스를 제공함으로서 국내 기업의 고압수소용 부품 및 재료 개발과 품질 향상에 기여
- 국내기준과 국제기준과의 조화로 국내 제조사의 제품개발 비용절감 및 시간 단축
- UN-GTR 2단계 개정 활동에의 주도적 참여를 통해 수소연료전지자동차에 적합한 국제안전기준 개발에 활용
- 국토부의「수소연료전지자동차 수소내압용기 안전 기준」개정(안)에 활용
- 고압수소저장용 가스켓 및 라이너 소재의 안정성 평가를 위한 표준 시험편을 이용한 표준시험 방법 제정

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 8
• 2) 연구개발과제의 년차별 목표 ... 8
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 1) 고압 수소 환경 금속 소재 사용 적합성 평가 ... 12
• 2) 고압 수소 환경 비금속 실링 소재 사용 적합성 평가 및 D/B 구축 ... 49
• 3) 고압 수소 환경 금속/비금속 실링 소재 사용 적합성 코드 개발 및 국내 기준 제안 ... 100
• 4) 수소용기 라이너의 안전 적합성 평가 및 평가 기준 개발 ... 116
• 5) 안전사용 적합성 평가를 위한 소재별 표준 시험편 개발 ... 131
• 6) 소재 등급별 CHMC2 시험 프로세스 개발 ... 156
• 7) 금속소재의 수소사용 적합성 스크리닝 간편시험법 및 기준안 개발 ... 162
• 8) 금속재료의 물성변화 예측기술 ... 175
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 192
• 1) 연구수행 결과 ... 192
• 2) 목표 달성 수준 ... 216
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 219
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 및 우수성 ... 219
• 6. 연구개발성과 관리 및 활용 계획 ... 223
• < 별첨 1> 참고 문헌 ... 224
• 끝페이지 ... 225