초록 ▼

□ 연구개요
알카라인(alkaline) 또는 PEM(polymer electrolyte membrane) 수전해 기술은 깨끗하게 정수된 물을 사용하여야만 효율적인 수소발생이 가능함. 또한, 강염기 또는 강산의 전해질 분위기에서 전기분해가 진행되므로, 무한히 존재하는 바닷물을 정수 과정 없이 직접 사용하여 수소를 효율적으로 발생시킬 수 있는 차세대 수전해 시스템 개발이 필요함.
본 연구과제에서는 기존 LDH(layered double hydroxie) 나노구조에 아연(Zn) 도핑과 표면 sulfur(S) 증착처리 공정을 이

□ 연구개요
알카라인(alkaline) 또는 PEM(polymer electrolyte membrane) 수전해 기술은 깨끗하게 정수된 물을 사용하여야만 효율적인 수소발생이 가능함. 또한, 강염기 또는 강산의 전해질 분위기에서 전기분해가 진행되므로, 무한히 존재하는 바닷물을 정수 과정 없이 직접 사용하여 수소를 효율적으로 발생시킬 수 있는 차세대 수전해 시스템 개발이 필요함.
본 연구과제에서는 기존 LDH(layered double hydroxie) 나노구조에 아연(Zn) 도핑과 표면 sulfur(S) 증착처리 공정을 이용하여 염소이온의 부식을 획기적으로 방지하는 연구 결과를 도출하였음. 또한, Ir-CCTO(CaCu₃Ti₄O₁₂) perovskite 구조를 이용하여 최소한의 Ir 도핑량으로 표준물질(IrO₂) 대비 약 66배의 PEM 촉매 효율을 달성하여 상용화 가능성을 확인하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구과제에는 다음과 같은 연구를 진행하였음.

① PLAL 공정을 이용한 표면 개질을 통한 전이금속/CNT 기반 수전해 촉매 개발
② 표면처리를 이용한 Zn doped NiFe hydroxide nanocube 해수 수전해 특성 향상
③ PEM용 Perovskite 기반 Low-Ir 도핑 acidic OER 촉매 개발

상기 연구 테마에 대해 성공적인 실험 결과를 도출하였고, DFT 계산 등의 시뮬레이션 결과를 통하여 이론적인 뒷받침을 성공적으로 진행하였음. 종합적인 평가를 통하여 기존 연구목표 대비 아래와 같은 정성/정량적인 연구 결과를 달성하였으며, 추가연구 지원시, 보다 수준 높은 연구 결과를 지속적으로 도출할 수 있을 것으로 판단됨.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
알카라인 수전해 또는 고분자전해질막 수전해 (PEM) 기술은 그린수소 생산 기술 중 하나로 가장 산업화에 근접해 있음. 특히, 해수 수전해의 경우, 염화물이 전극으로 이동해 부식을 일으키는 문제점이 존재하며, 전극 부식 현상은 장기간 장치를 유지하지 못하고 지속적인 전극 교체가 필요하여 경제성을 확보하기가 어려웠음.
본 연구개발 결과를 통하여, 염소이온의 부식을 획기적으로 방지하는 연구 결과로 해수 수전해 기술의 상용화 가능성을 높였음. 또한, PEM 환경에서는 강산에 강한 소재를 사용하여야 하므로, 기존 전이금속 기반이 아닌, 세라믹 기반의 소재와 이리듐(Ir) 등의 귀금속을 필수적으로 포함하여야 함.
본 연구결과를 통하여 Ir 등의 고가 귀금속을 최소한으로 사용할 수 있는 perovskite 구조를 이용하여 표준물질(IrO₂) 대비 약 66배의 PEM 촉매 효율을 달성하여 PEM 수전해 상용화 가능성을 높였음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구과제의 목적 및 필요성 ... 4
• 2) 연구과제의 내용 및 전략 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 연구과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 3.1. 연구개발 결과 ... 7
• 3.2. 세부 정량적 연구개발 결과 ... 15
• 3.3. 목표 달성 수준 ... 15
• 3.4. 목표 미달시 원인분석 ... 15
• 4. 연구개발 성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구결과의 중요성) ... 16
• 4.1. 현 수전해 기술의 한계 및 본 연구 결과의 중요성 ... 16
• 4.2. 향후 연구 방향 ... 16
• 5. 연구개발 성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 1) 연구과제 개발 성과의 활용 방안 ... 17
• 2) 연구과제 성과 추진체계 방안 ... 17
• 6. 자체 점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 끝페이지 ... 34