초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 전기화학 반응을 기반으로 하는 에너지 변환 및 생산 장치의 성능 향상을 목표로 하며, 적절한 전기화학 촉매를 탐색하여 산화/환원 반응의 활성화 장벽을 낮추어 전체 저장 및 변환 성능을 향상시키는 것을 중점으로 한다. 화석연료 과소비로 인한 환경오염 및 이상기후문제를 해결하기 위한 대체재인 수소에너지의 친환경적 생산이 필수적인 가운데 수전해 셀에서의 그린수소 생산을 위해 수소 발생 반응과 산소 발생 반응 촉매에 중점을 두고 있다. 연구는 IrO₂와 같은 고가의 촉매 물질의 함량을 줄인

□ 연구개요
본 연구는 전기화학 반응을 기반으로 하는 에너지 변환 및 생산 장치의 성능 향상을 목표로 하며, 적절한 전기화학 촉매를 탐색하여 산화/환원 반응의 활성화 장벽을 낮추어 전체 저장 및 변환 성능을 향상시키는 것을 중점으로 한다. 화석연료 과소비로 인한 환경오염 및 이상기후문제를 해결하기 위한 대체재인 수소에너지의 친환경적 생산이 필수적인 가운데 수전해 셀에서의 그린수소 생산을 위해 수소 발생 반응과 산소 발생 반응 촉매에 중점을 두고 있다. 연구는 IrO₂와 같은 고가의 촉매 물질의 함량을 줄인 Ir 복합 산화물 촉매를 개발하여 PEM 전해조에서 안정성을 유지하면서도 촉매의 활성도를 높이는 것이 핵심 목표이다. 이를 통해 에너지 변환 및 생산 장치의 성능을 향상시킴으로써 지속 가능하고 효율적인 에너지 시스템의 구축에 기여할 것으로 기대된다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 1년차 연구 결과
가혹 조건 속에서 산소 촉매의 안정성이 떨어지는 문제를 해결하고자 결정 구조 screening 및 원자 수준의 표면 구조/조성 변화를 추적하는 방식의 연구 방향을 설정하여 복합 산화물에서 산소팔면체의 뒤틀림 현상 유도 및 원자수준 표면구조 제어기술을 확보하고 산화물 내의 조성 변화에 따른 multiphase 형성과 원자 수준 관찰하였다.
2) 2년차 연구 결과
Screening 결과 선정된 20개여종의 후보군 물질을 결정구조별로 분류하여 재료의 결정성에 따른 표면 원소 치환 및 산소 팔면체 뒤틀림을 비교하고, 표면 용출이나 전자구조 변동에 따른 비정질화 메커니즘을 분석하여 촉매 성능을 극대화하고 구조-안정성을 설명할 수 있는 핵심 원리를 추가적으로 규명하였다.
3) 3년차 연구 결과
원자 수준의 표면 구조 및 화학적 특성 변화를 관찰할 수 있는 모델 실험에서의 투과주사현미경 관찰 관련 연구를 바탕으로 산화물 결정 내부 계면 결함에서 premelting 현상을 관찰하고 산화물 내 격자 응력에 의한 격자 산소 발생 반응을 규명함으로써 원자 수준의 계면/표면 및 화학적 특성 관찰 방법을 수립하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구과제에서는 기존의 시행착오 방식을 탈피해 사전 스크리닝 방식을 활용하여 촉매 개발의 효율성을 높일 수 있음을 시사하였으며 산소 팔면체 뒤틀림, 비정질화 등의 표면 제어 기술을 활용해 촉매 물질의 산소 발생 반응 활성도를 극대화하였다. 또한 원자 단위로 표면 구조를 관찰하는 과정에서 고성능의 투과전자현미경 분석 기술을 복합 산화물 촉매를 포함한 에너지 재료에 적용한 만큼 유사 장비를 보유한 타 기관에서도 더욱 수준 높은 연구가 진행될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 3개년에 걸친 고안정성 산소발생반응 촉매 개발 연구를 바탕으로 양이온교환막수전해에 직접적으로 활용할 수 있는 가능성을 알렸으며 이는 장기적인 관점에서 그린수소에너지 밸류체인을 형성해 탈탄소화 사회로 진입하는 데 큰 기여를 할 것이라 예상된다.

(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) 가능성 있는 결정 구조 screening 및 후보군 선정과 관찰 (Structures & Analyses) ... 5
• (2) 표면 구조 modification 가능성 모색과 예측 (Analysis & Measurements) ... 5
• (3) 박막과 단결정을 이용한 control 실험 (Structures&Measurements) ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 4-1) 촉매 성능 예측 및 표면 제어 기술 ... 16
• 4-2) 원자 단위 표면 구조 및 화학적 특성 분석 기술 ... 16
• 4-3) 수소 생태계 구축 및 국가 경쟁력 강화 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 5-1) 수전해 기반 그린 수소 생산 및 수소 생태계 구축 ... 17
• 5-2) 촉매 소재 및 제조 공정의 기술 이전 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 49