에너지 변환 및 저장 재료 (Energy Conversion & Storage Materials, ECSM) 연구실에서는 그린수소 생산을 위한 수전해, 수소 전기차 및 마이크로 열병합 발전용 연료전지, 리튬 이차전지의 전극 소재를 개발합니다. 탄소 중립 실현을 위해서는 재생에너지 확대가 필수적이며, 재생전력의 간헐성문제를 해결하고 해외에서 생산된 재생 전력을 수입하기 위해서 재생에너지를 수소로 전환하여 연료로 활용하는 수소에너지 사회로의 전환이 이루어지고 있습니다. ECSM 에서는 재생 전력의 효율적 활용을 위한 이차전지와 수전해, 수소 연료를 이용한 발전장치인 연료전지의 성능과 내구성 향상을 목표로 전극 소재를 개발하고 있습니다. - 나노입자 구조 및 형상 제어 기술을 이용한 백금 및 비백금계 연료전지 촉매 - 구조 및 조성 제어를 통한 이리듐 및 전이금속 기반 수전해 촉매 - 고용량 고에너지 밀도 리튬이차전지 양극재 개발

□ 연료전지 촉매

ECSM 연구팀에서는 수소를 효율적으로 활용하기 위한 연료전지 기술을 연구하고 있으며, 그 중에서 주로 고분자전해질막 연료전지(PEMFC)의 상용화를 위한 공기극 촉매 개발이 이뤄지고 있습니다. 특히, 백금 촉매의 성능 및 내구성 극대화를 위해 나노입자의 구조와 조성을 제어하여 촉매를 개발하고 있습니다. 또한, 전극 내 백금의 이용률을 최대화하여 백금의 사용량을 획기적으로 낮출 수 있는 저백금 단일원자촉매 연구와 더불어, 궁극적으로는 백금을 대체할 수 있는 비(非)백금계 물질 기반의 소재 개발도 활발히 수행하고 있습니다.

    

□ 수전해 촉매 담지체

ECSM 연구팀에서는 그린 수소를 생산하기 위한 다양한 수전해 기술을 연구하고 있으며, 그 중에서 가압수소 생산과 변동 부하운전에 유리한 고분자전해질막 수전해(PEMWE)용 전극 촉매 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 특히 PEMWE의 산소발생반응(OER) 촉매에 있어서 많은 양의 귀금속 촉매가 사용되는 문제를 해결하기 위해 담지체를 개발하여 적은 양의 귀금속 촉매로도 좋은 성능을 낼 수 있는 담지 촉매를 개발하고 있습니다. 촉매의 분산도를 높여주어 촉매의 이용 효율을 향상시키고 촉매와 담지체의 상호작용을 통해 내구성을 개선함으로써, 기존 상용 촉매 대비 5~10배 높은 OER 성능과 내구성을 갖는 촉매 합성 기술을 개발하였습니다. 이를 활용하여 PEM 수전해 스택에 대한 개발 및 응용을 통해 PEM 수전해 시스템의 전반적인 제조 가격 저감에 기여하여 PEM 수전해 상용화를 촉진할 수 있을 것입니다.

    

□ 리튬이차전지 양극재

최근 기존의 삼성분계 양극재보다 더 높은 용량(>250mAh/g)을 발현할 수 있는 양극 소재로 리튬 과잉 양극재가 주목 받고 있습니다. 그러나 첫 충전과 방전 사이에 산화물을 구성하고 있는 산소가 방출되어 구조가 붕괴되고 성능이 급격하게 감소하는 단점을 가지고 있습니다. ECSM 연구팀은 이를 해결하고자 독자적인 바나듐 이온을 도핑하는 기술을 개발하여 안정성을 향상시켰습니다. 그 결과 첫 사이클에서 81%에 달하는 높은 가역성을 보였으며 100 사이클 이후에도 92%에 달하는 안정성을 보였습니다.