초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 제일원리계산을 활용하여, 고효율, 고내구성 및 낮은 가격의 수전해용 양극 촉매를 개발하는 것을 목표로 함. 전기화학적 시스템을 정확하게 모사하고 실험 결과와도 직접적으로 비교할 수 있는 하이브리드 밀도 범함수론 기반의 전기화학 시스템 모델링 방법론을 개발하고 이를 수전해 시스템에 적용하여 양극의 산소 발생 반응에 관한 복잡한 메커니즘을 이해하고자 하며, 이를 기반으로 높은 효율을 가지는 수전해용 촉매 설계에 요구되는 핵심 변수들을 파악함으로써 촉매 시스템의 최적화에 대한 가이드라인을 얻고 최적의 산소 발

□ 연구개요
본 연구는 제일원리계산을 활용하여, 고효율, 고내구성 및 낮은 가격의 수전해용 양극 촉매를 개발하는 것을 목표로 함. 전기화학적 시스템을 정확하게 모사하고 실험 결과와도 직접적으로 비교할 수 있는 하이브리드 밀도 범함수론 기반의 전기화학 시스템 모델링 방법론을 개발하고 이를 수전해 시스템에 적용하여 양극의 산소 발생 반응에 관한 복잡한 메커니즘을 이해하고자 하며, 이를 기반으로 높은 효율을 가지는 수전해용 촉매 설계에 요구되는 핵심 변수들을 파악함으로써 촉매 시스템의 최적화에 대한 가이드라인을 얻고 최적의 산소 발생 촉매를 개발하고자 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
고효율, 고내구성 및 낮은 가격의 수전해용 양극 촉매 개발을 목표로 기존 연구와의 차별성을 확보하고 연구수행 과정의 효율을 높이기 위해 아래와 같이 크게 3단계의 세부 연구목표를 설정하였으며, 최종적으로 모든 목표를 달성하였음.

√ 수전해 양극 촉매 반응 모사용 전기화학 시뮬레이션 방법론 확립 (100% 달성)
→ 하이브리드 밀도 범함수론 및 Grand Canonical 양자계산을 기반으로 실제 전기화학 반응성을 예측할 수 있는 전기화학 시뮬레이션 방법론을 확립하고, 금속 산화물 기반의 촉매 소재를 대상으로 확립된 시뮬레이션 방법론 및 열역학 모델의 정확도를 검증함.

√ 낮은 과전압을 가지는 수전해 양극 촉매 설계 가이드라인 확보 (100% 달성)
→ 금속 산화물 기반의 촉매 소재를 대상으로 원자 수준에서의 산소 발생 반응 메커니즘을 확립하고, 이를 바탕으로 고성능의 수전해 양극 촉매 개발을 위한 핵심 설계 가이드라인을 수립함.

√ 고효율, 고내구성의 수전해용 양극 촉매 개발 (100% 달성)
→ 비귀금속 기반 소재의 전산 스크리닝을 기반으로 기존 귀금속 기반의 촉매에 비해 고효율, 고내구성 (300 mV 이하의 과전압, 12시간 이상의 안정한 성능)을 가지는 비교적 낮은 가격의 산소 발생 반응 촉매 후보군을 제시하고, 실험 그룹과의 공동연구를 통해 개발 완료함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 확보한 수전해 기반의 수소 생산 관련 핵심 원천 기술은 향후 친환경 수소 생산 기술의 실용화를 더욱 앞당기는데 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 본 과제에서 개발된 시뮬레이션 기반의 전기화학 촉매 설계 기술은 수전해 외에도 다양한 전기화학 촉매 설계에 활용 가능한 범용성 기술이면서 기존 촉매 설계 방식에 비해 비용-효율성이 높으므로 향후 수전해 이외의 이산화탄소 저감을 위한 이산화탄소 환원 촉매, 연료전지에 활용되는 산소 환원 촉매 등 다양한 친환경 촉매의 설계에 활용될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 하이브리드 밀도 범함수론 기반의 전기화학 시뮬레이션 방법론 개발 ... 5
• (2) 이론과 실험의 직접 비교 평가가 가능한 기준 확립 및 고효율, 고내구성의 혁신적인 촉매개발을 위한 구체적인 설계 가이드라인 수립 ... 5
• (3) high-throughput 스크리닝을 통한 고효율, 고내구성, 낮은 가격의 산소 발생 촉매 개발 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 12
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 32