초록 ▼

□ 연구내용
○ 친환경용매 이용, Pilot-scale Metal organic framework (MOF) 제조공정 기술 개발
- 전기화학적 성능이 우수한 imidazole 리간드 기반 MOF 소재 합성
- 합성된 소재의 비표면적, XRD, SEM 등을 활용한 특성 분석
- 친환경용매를 활용한 배치당 kg 생산이 가능한 합성 공정 개발
○ 균일 기공/채널이 확보된 MOF/Nafion 복합막 제조 기술 개발
- MOF 균일 분산을 통한 복합막내 이온전도 채널 최적화
- 활물질 투과도 측정장비 구

□ 연구내용
○ 친환경용매 이용, Pilot-scale Metal organic framework (MOF) 제조공정 기술 개발
- 전기화학적 성능이 우수한 imidazole 리간드 기반 MOF 소재 합성
- 합성된 소재의 비표면적, XRD, SEM 등을 활용한 특성 분석
- 친환경용매를 활용한 배치당 kg 생산이 가능한 합성 공정 개발
○ 균일 기공/채널이 확보된 MOF/Nafion 복합막 제조 기술 개발
- MOF 균일 분산을 통한 복합막내 이온전도 채널 최적화
- 활물질 투과도 측정장비 구축 및 장비 활용 투과도 분석
- 상용 분리막과의 물리적/전기화학적 특성 비교 평가
- MOF/Nafion 복합분리막의 배터리 성능 평가
○ MOF기반 N-doped 다공성 탄소제조, 이를 활용한 펠트전극 코팅기술개발
- 초음파기술을 이용한 전극 표면 균일 코팅 공정 조건 최적화
- 탄화 조건에 따른 전극의 물리적 특성 영향 확인
- MOF 기반 N-doped 다공성 탄소소재 코팅과 전기화학적 특성의 상관관계 규명 (CV, EIS, 충/방전 테스트 등)

□ 연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 친환경용매를 이용한 imidazole 리간드 기반 MOF의 대량생산 기술개발
- 균일 기공/채널이 확보된 MOF/Nafion 복합막 제조 기술 개발
- MOF를 활용하여 고에너지효율 (86%@80mA/cm²) 구현이 가능한 N-doped 다공성 탄소소재 균일 코팅 기술 개발
○ 정량적 성과
○ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
○ MOF Lab scale 공정에서 Pilot-scale 공정으로 확대하기 위한 공정 노하우 및 제조 기술 개발
- 기존의 imidazole 리간드 기반 MOF 합성은 용매로 메탄올이 사용되어 인체에 유해하며 대량생산을 할 수 없는 한계가 있음. 본 연구에서는 친환경적인 용매인 물과 암모니아수를 이용하여 MOF를 합성하여 대량 합성 공정 기술 개발.
○ 바나듐이온 크로스오버 억제 및 용량유지율이 개선된 MOF/Nafion 복합분리막 개발
- 바나듐 흐름전지에서 사용되는 상용막인 Nafion은 바나듐이온의 크로스오버로 인하여 용량유지율이 감소되는 문제가 있음. 새로 개발한 MOF/Nafion 복합분리막은 80mA/cm²에서 100cycle 충방전 분석 결과 용량유지율이 82%까지 증가함을 확인.
○ 초음파기술을 이용한 MOF기반 N-doped 다공성탄소 코팅기술 개발
- 여러 산업에서 세척 목적으로 주로 사용되는 초음파기술을 변형하여, 단시간의 공정을 통해 전극 표면에 N-doped 다공성 탄소 촉매를 균일하게 코팅하는 기술을 개발함. 이로부터 기존 전극 제조 공정 단가에서 큰 증가 없이 고에너지효율 구현이 가능한 전극 표면처리 가능성을 확인함.

□ 성과활용 계획
○ 고밀도/고출력 VRFB 모듈 개발 관련 후속 과제 도출 및 기술이전 계획
- 고밀도/고출력 VRFB 모듈 제작을 위해서는 구성 부속품들의 두께 감소가 필수적이며, 이에 뒤따르는 셀 저항 증가로 인한 저효율 문제 해결이 반드시 필요함. 본 과제에서 개발한 MOF기반 질소 도핑 다공성 탄소소재가 활용된 전극과 분리막은 셀 저항 증가를 해결할 수 있는 획기적인 기술로, 고밀도/고출력 모듈 개발 관련 후속과제 도출을 위한 기반 기술로 활용 할 수 있음.
○ 다양한 에너지변환/저장 시스템의 촉매 및 촉매담지체로 확대 적용
- 본 과제에서 개발된 MOF기반 다공성 탄소 소재는 균일한 기공 채널 및 질소 작용기를 포함한 기능성 탄소 소재로써, 연료전지 시스템의 귀금속 촉매 담지체로의 활용 및 차세대 이차전지인 금속공기전지의 전극 촉매 담지체로의 활용 등, 다양한 에너지 변환/저장 시스템의 핵심 소재로 사용처를 확대할 수 있을 것으로 예상됨

(출처 : 요약서 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기본사업 연구보고서 ... 3
• 기본사업 연구 요약서 ... 4
• 목차 ... 7
• 제 1 장 개 요 ... 8
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 8
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 9
• 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 22
• 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 23
• 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 23
• 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 25
• 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 33
• 제 3 장 연구성과 활용 방안 ... 35
• 제 1 절 연구성과 활용·확산계획 및 기대효과 ... 35
• 제 4 장 참고문헌 ... 37
• 끝페이지 ... 38