연구성과 | 음이온교환막수전해 소재-부품-시스템 전주기 통합 기술 개발
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작성일20-08-25 08:43 조회14,543회첨부파일
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한국형 수소 생산 모델 개발... 그린수소를 가정에서
재료硏, 음이온교환막수전해 소재-부품-시스템 전주기 통합 기술 개발 |
□ 국내 연구진이 그린수소를 각 가정에서 안전하게 생산할 수 있는 한국형 수소 생산 모델인 ‘음이온교환막수전해의 소재-부품-시스템
전주기 통합 기술’의 완성을 눈앞에 두고 있다.
□ 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 최승목
박사 연구팀은 ‘소재-부품-시스템 전주기 통합 기술’의 핵심 기술 중 하나인 성능과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있는 촉매 일체형
전극을 세계 최초로 개발했다.
□ 온실가스 배출 없이 그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 ‘음이온교환막수전해’는 비귀금속 촉매를 사용해 고순도의 수소를 저가로
안전하게 생산 가능한 기술이다. 하지만 여전히 복잡한 전극화 공정을 사용하는 한계가 있고, 이는 전체 시스템 및 수소 생산 비용을
증가시키는 주요한 원인이 되고 있다.
□ 연구팀은 이를 해결하기 위해 기능화 표면처리와 형상제어가 가능한 원스텝 촉매전극 직접성장 기술을 개발해 촉매의 활성과 내구성이
동시에 향상된 촉매 일체형 전극을 개발했고, 이에 대한 시스템 모사 연구를 수행했다.
□ 연구팀(박유세 박사과정학생)은 신규 도금법을 개발해 직접성장된 촉매층에 고기능성 표면처리를 해 산소 결함을 제어하고 전도도를
개선했다. 이후 3차원 형상제어(3차원 벌집 구조)를 통해 물질의 전달저항을 감소시켜 낮은 과전압(310mV@100mA/cm2)과 높은
내구성(3,600시간 이상)을 동시에 달성하는데 성공했다. 또한 시스템을 모사할 수 있는 단위셀 평가에서도 귀금속인 이리듐(Ir) 산화물
촉매 대비 약 2배의 높은 성능을 보여주었다.
□ 연구팀(양주찬 박사)은 저온상압수열합성법*을 통해 밤송이 형상의 고반응성 촉매를 전극에 직접 성장시키는데 성공했다. 이러한 원스텝
전극 제작 방법은 많은 양의 촉매를 균일하게 코팅할 수 있고 형성된 촉매의 V채널*로 인해 낮은 물질전달 저항을 나타냈다. 뿐만 아니라
전극 기판에 직접 성장함으로써 높은 활성과 내구성까지 확보했다.
□ 재료연구소 이규환 부소장은 “전극 제작공정이 단순화됨으로써 활성과 내구성이 동시에 향상된 수전해용 촉매 일체형 비귀금속 전극
제작이 가능해졌다.”며, “이를 통해 소재-부품-시스템 전주기 통합 기술을 완성하여 국내외 산학연에서 개발되는 소․부․장의 성능평가
지원으로 수소 생태계 조기 정착에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
□ 본 연구성과는 재료연구소의 자체연구사업, 한국에너지기술평가원의 신재생에너지융합원천기술개발사업 및 한국에너지기술연구원의
자체연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 또한, 본 연구결과는 엘스비어(ELSEVIER)의 어플라이드 카탈리시스 비 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)과 에이씨에스
서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 제1저자: 재료연구소 박유세 연구원)지에 표지논문
으로 게재됐다.
□ 연구팀은 본 연구결과를 실제 음이온 교환막 수전해 시스템에 적용하기 위해 현재 실증 연구를 진행 중에 있다.