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보고서 상세정보

Direct 메탄올 연료전지용 새로운 촉매개발 및 MEA로의 응용

  • 사업명

    핵심기반기술개발

  • 과제명

    Direct 메탄올 연료전지용 새로운 촉매 개발 및 MEA로의 응용

  • 주관연구기관

    한국과학기술원
    Korea Advanced Institute of Science and Technology

  • 연구책임자

    우성일

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2004-02

  • 과제시작년도

    2002

  • 주관부처

    산업자원부

  • 사업 관리 기관

    한국산업기술평가원

  • 등록번호

    TRKO201000015410

  • 과제고유번호

    1410034076

  • 키워드

    직접 메탄올 연료전지.메탄올 산화 촉매.산소 환원 촉매.조합화학기법.proton conducting membrane.membrane electrode assembly.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    ...


    1., (최종년도,당해년도) 사업목표
    DMFC의 사업화를 위한 핵심 요소 기초기술의 개발

    2. 당해 산업기술기반조성의 목적 및 중요소
    Direct 메탄올 연료전지가 기초기술개발사업에서 중요한 이유로는 바로 이...

    1., (최종년도,당해년도) 사업목표
    DMFC의 사업화를 위한 핵심 요소 기초기술의 개발

    2. 당해 산업기술기반조성의 목적 및 중요소
    Direct 메탄올 연료전지가 기초기술개발사업에서 중요한 이유로는 바로 이것이 갖는 기술의 기반성과 핵심성을 들 수 있다.
    DMFC는 단위 체적 당 매우 높은 화학에너지를 지닌 메탄올을 간편하게 환경 유해 물질의 배출과 소음이 없이 직접 전기에너지로 전환시킬 수 있다. 주지의 사실과 같이, 이 시간 이후의 미래에는 우리의 생활을 편리하게 만들어 줄 과학 기술의 결과물이 지속적으로 실현되게 될 것이다. 그러나 이들 모두가 작동하기 위해서는 전기에너지의 지속적인 공급이 필요하게 되고, 첨단의 제품일수록 많은 에너지를 필요로 하게 된다. 따라서
    I) 배터리와 같은 잦은 충방전의 불편함 없이 지속적으로 전기를 공급하고,
    ii) 개질기가 필요 없이 간단한 구조로 이루어지며,
    iii) 소음 및 공해의 유발없이 전기에너지를 생산할 수 있는 DMFC는 산업기술의 기반이 되며, 핵심이라 할 수 있다.

    3. 산업기술기반조성의 내용 및 성과
    1차년도:
    표면 분석 장비를 이용한 DMFC 산극화 및 환원극에서의 메카니즘 규명 연구
    다성분계 cluster 형태의 촉매계 구현
    Methanol crossover 방지를 위한 분리막의 pore plugging, 말단기 치환
    2차년도:
    비 귀금속계 다성분 산화물 촉매계 구현
    산화물을 담체로 한 신규 촉매계 제안
    촉매의 이용률 증가를 위한 전극의 조성 및 변수 최적화
    금속의 다분산, 이용률 향상을 위한 신규의 구조를 갖는 카본 담체 개발
    3차년도:
    MEA 제조 변수와 단위전지 운전 특성과 연관성 파악
    운전 성능 및 특성에 따른 최적 MEA 제조 조건 도출
    장기운전에 해당하는 가혹조건을 인위적으로 MEA에 전가하여 신속히 장기
    운전 특성을 파악할 수 있는 프로그램 개발

    5. 활용방안 및 기대효과
    가. 기술적 측면
    DMFC는 수소생산을 위한 개질 장치가 필요 없이 직접 연료를 스택에 공급하는 전기 에너지 생산기구이다. 그리고 PEMFC와 함께 120°C 미만의 낮은 온도에서 작동되는 저온형 연료전지의 한 형태이다. 따라서 스택의 운전 조건은 순수한 수소만을 연료로 사용하는 PEMFC에 비하여 더 가혹하다고 할 수 있다. 따라서 DMFC 개발을 위한 핵심 기초기술은 용이하게 PEMFC 연구에 응용될 수 있다. 예를 들어 설명하면 electrode 제작, membrane & electrode assembly (MEA), 전극 적층, 전극 제작용 촉매제조 등의 기반기술이 PEMFC와의 연관성을 가지고 있다. 또한 메탄올 전기화학 산화반응이 일어나는 anode용 촉매는 반응 중간체인 COads.를 원활히 CO2로 산화시킬 수 있어야 한다. 그런데, 이에 관련된 기초 반응메카니즘 연구는 탄화수소의 개질을 통한 PEMFC 연료용 수소생산에 있어서 중요한 PROX(Preferential CO Oxidation) 촉매를 개발하는데 직접적으로 응용될 수 있다. 본 기술은 리튬플리머 박막 2차전지와의 하이브리드 형태로 휴대용 전자기기에 사용될 수 있기 때문에 이를 위한 운용기술 발전에 파급될 수 있으며, 전극 제작용 박막기술의 향상에 도움을 주리라 예상된다. 또한 DMFC의 중요한 구성품인 proton conductive polymer에 대한 연구는 첨단 고 기능성 및 선택성 membrane개발에 일조할 수 있을 것이다.

    나. 경제ㆍ산업적 측면
    고성능 배터리의 수요는 지속적으로 증가해서 세계적으로는 2005년에 1000억불에 이를 전망이며, 현 국내시장은 7000억 원 수준인데, 이들의 90% 이상을 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이들 시장을 대체할 수 있는 DMFC는 개발된 그 자체의 경제ㆍ산업적 측면뿐만 아니라, 이를 사용하는 기기들의 기술경쟁력도 향상시킨다. 예를 들면, 향후 소비자들의 보다 작고, 편리하고, 가벼운 portable electronic device에 대한 기대는 지속적으로 증가할 텐데, 이러한 제품에 전원을 공급하는 power supply system은 제품 경쟁력에 매우 큰 영향을 미칠 것이다. 따라서 DMFC를 사용하여 충반전의 불편함을 격감시키고 제품의 크기를 더욱 줄일 수 있는 전기제품의 경쟁력은 매우 증대될 것이다. 또는 이를 함께 연결하여 서로의 장점을 부각하고 단점을 제거한 하이브리드 리튬 박막전지, 축전지..등의 경제적 효과도 지대하리라 생각된다. 그리고 이들 시스템을 생산하기 위한 소재 산업의 매출효과, 이를 위한 고용창출의 부수적인 효과도 고려될 수 있겠다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출서 ...2
    3. 제출문 ...3
    4. 초록 ...4
    5. 목차 ...6
    6. 제1장 사업목표 및 내용 ...7
    7. 제1절 1차년도 사업 목표 및 내용 ...7
    8. 제2절 2차년도 사업 목표 및 내용 ...7
    9. 제3절 3차년도 사업 목표 및 내용 .....
    1. 표지 ...1
    2. 제출서 ...2
    3. 제출문 ...3
    4. 초록 ...4
    5. 목차 ...6
    6. 제1장 사업목표 및 내용 ...7
    7. 제1절 1차년도 사업 목표 및 내용 ...7
    8. 제2절 2차년도 사업 목표 및 내용 ...7
    9. 제3절 3차년도 사업 목표 및 내용 ...8
    10. 제2장 사업추진실적 및 현황 ...9
    11. 제1절 연구 계획서 상의 추진 계획 ...9
    12. 제2절 사업 수행을 통한 결과물 ...10
    13. 제3장 사업 성과 ...16
    14. 제1절 DMFC 적용을 위한 새로운 전극제조 방법의 개발 ...16
    15. 제2절 메탄올 저항력이 있는 cathode 촉매의 개발 ...24
    16. 제3절 조합화학기법을 이용한 메탄올 저항력이 있는 cathode 촉매의 개발 ...42
    17. 제4절 백금-탄소 나노 촉매의 개발 ...47
    18. 제5절 DMFC용 PEEK 복합막의 개발 ...54
    19. 제6절 DMFC 단위 전지의 조업 거동 연구와 전산 모사 프로그램의 개발 ...67
  • 참고문헌

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