초록 ▼

□ 연구개요
환경문제가 대두됨에 따라 연료전지가 무인 이동체를 위한 차세대 동력원으로 많은 관심을 받고 있다. 연료전지 중에서 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 높은 에너지밀도, 높은 효율, 친환경성, 빠른 응답 특성의 장점을 지녀 무인 이동체의 동력원으로 가장 적합하다. PEMFC는 순수한 수소를 연료로 사용하는데 기존의 수소 저장법은 PEMFC 시스템의 에너지밀도를 감소시킨다. 동력원의 에너지밀도가 무인 이동체의 임무 능력을 결정짓는 중요한 요소이므

□ 연구개요
환경문제가 대두됨에 따라 연료전지가 무인 이동체를 위한 차세대 동력원으로 많은 관심을 받고 있다. 연료전지 중에서 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 높은 에너지밀도, 높은 효율, 친환경성, 빠른 응답 특성의 장점을 지녀 무인 이동체의 동력원으로 가장 적합하다. PEMFC는 순수한 수소를 연료로 사용하는데 기존의 수소 저장법은 PEMFC 시스템의 에너지밀도를 감소시킨다. 동력원의 에너지밀도가 무인 이동체의 임무 능력을 결정짓는 중요한 요소이므로, 연료전지가 무인 이동체의 동력원으로 활용되기 위해서는 고에너지밀도를 갖는 연료전지 시스템이 개발되어야 한다.
개미산은 비교적 높은 수소수율, 저렴한 가격, 용이한 연료의 재충전, 역반응을 통한 CO₂ 순환의 장점으로 인해 PEMFC의 수소 공급원으로 많은 관심을 받고 있으며, 2011년부터 많은 연구진이 저온에서의 개미산 분해 반응을 연구하고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 연료전지 시스템의 단점을 해결하기 위해 수소 공급원으로 개미산을 이용하는 고에너지밀도의 PEMFC 시스템을 개발하여 무인 이동체를 위한 차세대 동력원의 핵심 기술을 확보하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
무인 이동체에 활용되던 기존 동력원의 문제점 및 단점을 해결하고자 본 연구에서는 고에너지밀도의 고분자 전해질 연료전지 시스템을 개발하기 위해 (1) 요소 연구, (2) 시스템 연구, (3) 시스템 해석연구를 수행하였다. 요소 연구에서는 기존 Pd/mpg-C₃N₄ 촉매의 반응선택성과 반응성을 개선하기 위한 연구를 수행하고 성능이 개선된 촉매를 수소 발생기에 적용하여 성능을 검증하였다. 시스템 연구에서는 수소 발생기와 상용 고분자 전해질 연료전지를 통합하여 연료전지 시스템을 개발하고 성능을 검증하였다. 시스템 해석연구에서는 시스템 연구에서 확보한 실험데이터를 이용하여 시스템의 성능을 해석하고, 후속 연구를 위한 요구조건을 도출하였다.
● 최종 목표: 무인 이동체를 위한 고에너지밀도의 고분자 전해질 연료전지 시스템 개발
● 1차년도(요소 연구): 우수한 반응선택성과 반응성을 갖는 촉매/수소발생기의 개발 및 평가
- 촉매 개발 및 특성 데이터 확보
- 수소발생기 개발 및 성능 데이터 확보
● 2차년도(시스템 연구): 수소공급원으로 개미산을 이용하는 연료전지 시스템 개발 및 검증
- 개미산 수소발생기기를 갖는 연료전지 시스템 개발
- 다양한 작동조건에서 성능을 평가하여 연료전지 시스템의 개념검증
● 3차년도(시스템 연구): 연료전지 시스템 최적화를 위한 성능해석 및 요구조건 도출
- 연료전지 시스템 최적화를 위한 시스템 성능해석
- 주요 영향인자 분석 및 향후 연구를 위한 요구조건 도출

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서는 수소 공급원으로 개미산을 이용하는 고에너지밀도의 연료전지 시스템을 개발하여 성능을 검증하였다. 대기 환경에서는 소형 동력원으로 활용이 가능하며, 무산소 환경에서는 과산화수소와 조합하여 달 탐사 로버 또는 해양탐사 및 정찰용 무인 잠수정의 동력원으로 활용될 수 있다. 응용연구를 통해 연료전지 시스템의 성능을 개선하여 대기용 또는 무산소 환경용 무인 이동체의 차세대 동력원으로 활용할 예정이다.
● 기대효과
- 고에너지밀도의 연료전지 시스템 개발을 통해 무인 이동체의 임무능력 향상
- 본 연구에서 확보된 요소 및 시스템 기술은 차세대 연료전지 개발에 활용 가능

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 목표 ... 4
• 나. 연구 내용 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 가. 1차년도(2021.06.~2022.02.) ... 5
• 나. 2차년도(2022.03.~2023.02.) ... 8
• 다. 3차년도(2023.03.~2024.02.) ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 1) 대기 환경: 이동형 동력원으로 활용 ... 13
• 2) 무산소 환경: 우주, 해양, 국방 분야의 동력원으로 활용 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 28