초록 ▼

□ 연구개요
수소연료전지차(FCEV, fuel cell electric vehicle) 연료인 고농도 수소의 농도를 측정하는데 이용되는, 프로톤(proton) 전도체를 전해질로 하는 수소센서의 검지 성능 및 신뢰성을 획기적으로 개선하는 원천기술을 확보하고, 검지성능-신뢰성과 제조공정의 인과관계를 밝힘.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 추진목표 항목: 검지성능, 신뢰성
- 검지성능 정량목표: 검지범위(60-100 vol%) 내 감도(sensitivity) 5배 이상 증가
- 신뢰성 정량목표: 105 ℃

□ 연구개요
수소연료전지차(FCEV, fuel cell electric vehicle) 연료인 고농도 수소의 농도를 측정하는데 이용되는, 프로톤(proton) 전도체를 전해질로 하는 수소센서의 검지 성능 및 신뢰성을 획기적으로 개선하는 원천기술을 확보하고, 검지성능-신뢰성과 제조공정의 인과관계를 밝힘.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 추진목표 항목: 검지성능, 신뢰성
- 검지성능 정량목표: 검지범위(60-100 vol%) 내 감도(sensitivity) 5배 이상 증가
- 신뢰성 정량목표: 105 ℃ 이상의 열적안정성 (thermal stability) 확보 (AEC-Q100 Grade 2 기준)
- 검지성능 목표를 달성하기 위해 전류방식(amperometric) 3단자 구조와 공정을 도입하였으며, 수소농도 검지범위(60-100 vol%) 내 감도를 평가한 결과 감도가 6.35배 증가하여, 정량적 목표항목인 5배 이상 증가를 달성하였음.
- 신뢰성 목표를 달성하기 위해 나피온 멤브레인-Pt/C 복합전극 접합 형성방법을 최적화 하였으며, 센서 소자의 동작온도에 따른 특성 변화를 확인하기 위하여 105 ℃에서 2시간 soaking 한 후 센서 응답특성을 평가한 결과, soaking 전/후 특성 변화가 없는 것을 확인하였고 이는 정량적 목표항목인 105 ℃ 이상의 열적안정성 확보를 만족하는 결과임.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 아직까지 FCEV 상용화/보급을 제한하는 기술장벽이 다수 존재하며, 그 중 하나가 고농도 수소 농도를 모니터링하는 센서기술이 개발되지 않은 것임. 고농도 수소센서는 FCEV 내 수소농도 관리를 위해 반드시 필요한 부품으로서 FCEV 연비 극대화를 위해 그 개발이 시급히 요구되고 있음. 이에 본 과제의 연구결과는 FCEV 및 수소경제 산업기반 구축에 일익을 담당하리라 기대됨.
- 고농도에서 감도를 획기적으로 향상시키는 본 센서기술은 수전해 설비 등 수소배관 내 가스 혼입에 따른 폭발사고 방지에 활용이 가능하여 그 응용성이 큼.
- 본 연구에서 전해질로서 적용한 나피온은 수소 이외에 NH₃, CO, O₂의 전기화학반응 생성물에 대한 투과성을 가지고 있어서 동 기체들을 검지하는 센서 전해질로서 사용이 가능함.
- 따라서 본 나피온 기반 센서 연구를 통해 확보된 연구결과물은 타 가스 센서의 개발에 즉시 활용 가능하고, 수소센서를 포함한 일반 가스센서 분야의 연구자에게 큰 파급효과를 미칠 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 목적 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 4
• 3) 연구의 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 25