소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

표면기술연구본부

표면기술연구본부

실장 임동찬

연구실 소개

에너지융합소재연구센터는 차세대 에너지 및 환경 문제 해결을 위한 에너지 생산/저장용 나노소재 및 에너지 세이빙이 가능한 에너지 융합 응용 소자, 시스템 개발을 목적으로 하고 있음

  • 신재생에너지 하베스팅 소재 및 소자화 기술
  • 수소에너지 생산 및 활용 기술
  • 전기화학 공정을 이용한 이산화탄소의 화학연료 전환 기술
  • 이차전지, 슈퍼커페시터 등 에너지 저장 기술
  • 태양전지-열전-압전 등 에너지 융합화 기술을 이용한 차세대 IoT 대응용 이종 소자 융·복합 소자화 기술
055-280-3511

주요 실적

페로브스카이트 태양전지, 논문 게재 5건, 국내등록 1건, 국내출원 3건
저조도, 반투명 유기태양전지, 논문 게재 2건, 국내 등록 3건, 국내/외 출원 2건/1건
투광형 실리콘 박막 태양전지 모듈 기술, 국내 출원 1건
CVD기반 2인치 대면적 2D-MoS2 합성 및 TFT 소자기술 개발, 논문 게재 4건
음/양이온교환막방식 수전해 및 연료전지, 논문 게재 3건, 국내 등록 1건, 국내출원 4건
이차전지용 나노구조체 전극 소재, 논문 게재 3건, 국내출원 1건

주요 연구분야

친환경 페로브스카이트 소재 합성ㅁ 및 공정 최적화
저조도, 반투명 유기태양전지용 전극 및 나노소재 개발
양면 발전형 실리콘 박막 태양전지 모듈화 기술 개발
차세대 2차원 초박막 반도체 소재의 대면적 합성 및 전자소자응용 기술
음/양이온교환막방식 수전해 및 연료전지 소재 및 스택 기술 개발
Metal-organic framework 기반 전극 소재 합성 및 수계이차전지 설계 기술 개발

향후 연구계획

  • 섬유형 기반의 에너지 생산/저장 시스템화 연구 기술 개발
  • 실내 발전용 유기태양전지 소재 및 소자 개발
  • 투광형 실리콘 박막 태양전지 모듈 기술 개발
  • 인체 부착형 패치형 광센서 신소재 개발 및 소자화 기술 개발
  • 경제형-고효율 음/양이온교환막방식 수전해 및 PEM 연료전지 개발 : 실용화 소재기술 및 스택 기술 개발
  • 에너지 생산/저장이 동시에 구현 가능한 MOF 전극 소재 기술 개발

연구개발 추진실적

카본전극을 이용한 친환경 페로브스카이트 태양전지 개발

[과제 소개]

  • 유무기 페로브스카이트 물질은 태양전지, 발광 다이오드, 포토 디텍터와 같은 광전자 소자응용을 위한 우수한 특성을 가질 수 있는 저비용, 단순한 공정으로 많은 연구를 진행해오고 있다. 하지만, 납의 독성 때문에 상용화에는 장벽이 있다. 따라서 납을 대체할수 있는 친환경적인 소재를 연구개발을 확대함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 카본전극을 이용한 친환경 페로브스카이트 태양전지 제작
  • 온도 조건을 통한 흡수도 증가 및 모폴러지 최적화
친환경 페로브스카이트 태양전지 모폴러지 및 흡수도 변화

CVD기반 2인치 대면적 2D-MoS2 합성 및 TFT 소자기술 개발

[과제 소개]

  • 본 기술에서는 KIMS 고유공정인 스퍼터링 박막증착법을 열화학기상증착법과 결합하여 2인치 wafer-scale 의 대면적/고균일성을 갖는 MoS2 TFT array 소자를 성공적으로 구현함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 2“ 웨이퍼에서 Raman/PL 물질특성 확보
  • 2“ 웨이퍼에서 1200개의 트랜지스터 어레이 구현
  • 소자수율 : 95%, 평균 전하이동도 : 0.8 cm2/Vs, ION/IOFF : 4.3 order 특성 확보
2인치 웨이퍼상에 구현된 2D-MoS2 TFT 집적어레이소자

비귀금속 촉매가 적용된 고효율 AEM 수전해 스택 개발

[과제 소개]

  • 기존의 알칼리 수용액, PEM 수전해의 장점인 비귀금속 촉매를 사용하면서 높은 전류밀도를 동시에 확보할 수 있는 고효율 독립분산형 AEM 수전해 촉매 및 스택 개발

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 고활성 비귀금속 수소 및 산소 촉매 개발; 수소발생과전압 121mV(@10mA, vs RHE), 산소발생과전압 380mV(@10mA, vs RHE)
  • 고효율 AEM 수전해 스택 개발; 수소발생효율 65%
19 cells 음이온교환막 수전해 스택/스택 구조/산소발생성능비교

연구개발 성공사례

금속유기구조체 기반 IoT용 수계이차전지 전극 소재 및 기술 개발

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 이지훈 박사
  • 전화 : 055)280-3282
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 17.04.01~17.12.31 / 90,000 천원
  • 참여기관 : 재료연구소

[기술의 핵심]

  • 수계전해질 기반 이차전지의 전극 소재로 활용 가능한 prussian blue analogue (PBA)계 MOF 소재를 개발하고 이의 전이금속 원소/결정성 제어 및 기능성 탄소소재의 복합화를 통한 전극 소재의 전기화학적 에너지 저장 특성을 향상시켜 고성능 수계 이차전지 소자 구현

[기술 개발 내용 및 특징]

  • 고 에너지 저장 특성 전극 소재 개발: 전이금속 및 결정성 제어 기술 도입
  • 성능 안정성이 확보된 전극 소재 개발: 기능성 탄소소재 복합화 기술 도입
  • 다양한 게스트 이온 저장이 활용 가능한 전극 소재 개발: 다층 기공구조 제어 기술 도입
PBA계 MOF소재의 미세결정구조 및 전기화학적 에너지 저장 특성 평가 결과

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • 국내특허 출원 : 1건(10-2017-0162876)
  • 국내외 논문 게재 : 1건

[기술효과 및 활용분야]

  • 차세대 고성능·고안전성 탈리튬 이차전지 설계 기술 및 IoT용 전원기술에 활용
  • MOF 소재 원천 기술을 촉매, 센서, 약물전달 등 타 연구개발 분야로의 확대