- 단단한 탄소소재도 바느질을 통해 종이접기처럼 자유롭게 성형 가능 - 탄소소재의 우수한 강도를 유지하면서 가공의 편리성 대폭 강화 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사팀은 탄소섬유강화복합재(이하 탄소복합재)의 높은 강도를 유지하면서도, ‘종이접기’처럼 형태를 자유자재로 변형할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 탄소복합재는 강철보다 4배, 알루미늄보다 3배 이상 가벼우면서도 더 높은 강도를 지니고 있어 자동차와 항공 업계를 비롯한 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 하지만 우수한 물리적 특성에도 불구하고 가공 공정상의 어려움으로 인해 경제성이 걸림돌로 지적되어 왔다. 특히, 기존 기술로는 대형 구조물을 제작하려면 그보다 더 큰 성형 장비와 금형이 필요했기 때문에 탄소복합재를 저렴하게 제조하는 것은 거의 불가능하다고 여겨졌다. KIST 연구진은 일상에서 흔하게 접할 수 있는 바느질과 종이접기에 주목하였다. 탄소복합재를 금속실로 바느질한 후 전기를 흘려주면 발열을 하는데, 이 때 주위의 수지가 녹아 부드러워지면서 바느질 선을 따라 접을 수 있게 되었다. 온도를 낮추면 다시 수지가 굳어서 본래의 상태로 돌아가기 때문에 단단한 탄소복합재를 마치 종이접기처럼 간단하게 접었다 펼 수 있었다. KIST 이민욱 박사팀은 반복 실험을 통해 10번 이상 접었다 폈을 때도 알루미늄 보다 우수한 강도를 유지하는 것을 확인했다. 특히 일반적으로 사용하는 보조배터리 수준인 15W (15V, 1A)의 전력을 사용했을 때 약 1분 안에 170°C로 빠르게 가열되기 때문에 실제 현장에 적용하기 적합한 기술로 기대된다. KIST 이민욱 선임연구원은 “이번 연구는 간단한 바느질 기법을 통해 고강도의 탄소복합재를 원하는 형태로 성형할 수 있는 경제적인 방법을 제시했다는 데 의의가 있다. 특히, 항공기나 자동차 등 복잡한 형태를 갖는 대형구조용 복합소재를 제작하는데 이번 연구를 응용 할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 산업통상자원부(장관 성윤모) 산업소재핵심기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「Composite Part B: Engineering」 (JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 게재되었다. *(논문명) Origami-inspired Reforming Method for Carbon？Fiber-Reinforced Thermoplastics via Simple Thermal Stitching - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김용탁 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 유기현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이민욱 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 탄소복합재 종이접기를 위한 셋업 (좌) 시편 사진, (우) 가열중인 열적외선 사진 [그림 2] 스스로 접히는 탄소복합재 사진

- 단단한 탄소소재도 바느질을 통해 종이접기처럼 자유롭게 성형 가능 - 탄소소재의 우수한 강도를 유지하면서 가공의 편리성 대폭 강화 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 구조용복합소재연구센터 이민욱 박사팀은 탄소섬유강화복합재(이하 탄소복합재)의 높은 강도를 유지하면서도, ‘종이접기’처럼 형태를 자유자재로 변형할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 탄소복합재는 강철보다 4배, 알루미늄보다 3배 이상 가벼우면서도 더 높은 강도를 지니고 있어 자동차와 항공 업계를 비롯한 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 하지만 우수한 물리적 특성에도 불구하고 가공 공정상의 어려움으로 인해 경제성이 걸림돌로 지적되어 왔다. 특히, 기존 기술로는 대형 구조물을 제작하려면 그보다 더 큰 성형 장비와 금형이 필요했기 때문에 탄소복합재를 저렴하게 제조하는 것은 거의 불가능하다고 여겨졌다. KIST 연구진은 일상에서 흔하게 접할 수 있는 바느질과 종이접기에 주목하였다. 탄소복합재를 금속실로 바느질한 후 전기를 흘려주면 발열을 하는데, 이 때 주위의 수지가 녹아 부드러워지면서 바느질 선을 따라 접을 수 있게 되었다. 온도를 낮추면 다시 수지가 굳어서 본래의 상태로 돌아가기 때문에 단단한 탄소복합재를 마치 종이접기처럼 간단하게 접었다 펼 수 있었다. KIST 이민욱 박사팀은 반복 실험을 통해 10번 이상 접었다 폈을 때도 알루미늄 보다 우수한 강도를 유지하는 것을 확인했다. 특히 일반적으로 사용하는 보조배터리 수준인 15W (15V, 1A)의 전력을 사용했을 때 약 1분 안에 170°C로 빠르게 가열되기 때문에 실제 현장에 적용하기 적합한 기술로 기대된다. KIST 이민욱 선임연구원은 “이번 연구는 간단한 바느질 기법을 통해 고강도의 탄소복합재를 원하는 형태로 성형할 수 있는 경제적인 방법을 제시했다는 데 의의가 있다. 특히, 항공기나 자동차 등 복잡한 형태를 갖는 대형구조용 복합소재를 제작하는데 이번 연구를 응용 할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 산업통상자원부(장관 성윤모) 산업소재핵심기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 「Composite Part B: Engineering」 (JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 게재되었다. *(논문명) Origami-inspired Reforming Method for Carbon？Fiber-Reinforced Thermoplastics via Simple Thermal Stitching - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김용탁 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 유기현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이민욱 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 탄소복합재 종이접기를 위한 셋업 (좌) 시편 사진, (우) 가열중인 열적외선 사진 [그림 2] 스스로 접히는 탄소복합재 사진

KIST 임직원 행동강령 개정(2020.4.27.)사항을 안내합니다. □ 주요 개정내용 - 모든 외부강의·회의등을 사전에 신고하는 현행 방식에서 사례금을 받는 외부강의·회의등만 신고하도록 하고, 사후(외부강의·회의등을 마친 날부터 10일 이내)에 신고하는 것도 가능하도록 변경 - 신고된 외부강의·회의등이 공정한 직무수행을 저해할 우려가 있다고 판단되는 경우 원장은 해당 임직원의 외부강의·회의등을 제한할 수 있도록 조항 신설

- 이리듐 촉매 비용 대폭 낮추는 이중 도금 기술 개발 - 수전해·전력생산 복합 재생연료전지 상용화 앞당겨 하나의 장치에 복합적인 기능을 담는 컨버전스(convergence) 제품이 대세다. 대표적인 스마트폰을 비롯해 글로벌 인기 가전으로 떠오른 드럼·통돌이 세탁기, 커피 얼음냉온 정수기, 공기 청정 기능을 더한 냉난방 장치 등 새로운 형태의 융합형 제품과 서비스가 빠르게 확대되고 있다. 신재생 에너지 분야에서는 최근, 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와, 역반응인 전력생산 기능을 함께 갖춘 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광·풍력 등에서 발생하는 유휴 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 재사용할 수 있기 때문이다. 하지만 산소 발생 및 환원 반응에 필요한 촉매의 높은 가격이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지의 촉매 제조에 필수적인 고가의 귀금속 이리듐의 함량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연료전지의 수소 및 산소 발생 전극으로 사용했을 때도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지의 현실화를 앞당기게 될 것으로 전망되고 있다. 촉매는 재생 연료전지의 느린 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라지는 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다. 하지만 기존의 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/cm2 이상)이 불가피했다. 기존의 일반적인 전극 제조방식은 촉매 입자와 고분자 접착제(이오노머)를 균일하게 섞어 촉매 층에 스프레이로 분사하는 방법이다. 하지만, 스프레이 방식으로 제조된 경우 촉매가 뭉치고 접착제가 일부 촉매를 가려 촉매의 활성 면적이 감소한다. 이를 개선하기 위해 도금 방식의 연구가 활발해졌다. 도금 방식은 접착제가 없어도 촉매 간 결합, 촉매와 전극 간 결합이 양호하다. 또한, 전극에 아주 얇게 촉매가 코팅되는 동시에 친수성을 띠게 되어 적은 양의 촉매로도 높은 활성도를 얻을 수 있다. KIST 연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가하였으며, 촉매 담지량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다. 또한, 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW를 달성했다. KIST 박현서 박사는 “귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Low-loading IrO2 Supported on Pt for Catalysis of PEM Water Electrolysis and Regenerative Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임아연 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 박현서 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 성영은 <그림설명> [그림 1] (A, B) 기존 방법을 통해 형성된 평평한 물 산화촉매 (IrO2) (C, D) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(IrO2/Pt) (E) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 물 산화 촉매의 성분 분석 (빨간색 껍질-IrO2/녹색 반원-Pt) [그림 2] 연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 [그림 3] (a) 전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교 (b) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과 (연료전지의 산소 전극 (ORR) 또는 수소 전극 (HOR)으로 사용했을 때, ORR (oxygen reduction reation):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O), HOR(hydrogen oxidation reaction): H2 → 2H+ + 2e-))

- 이리듐 촉매 비용 대폭 낮추는 이중 도금 기술 개발 - 수전해·전력생산 복합 재생연료전지 상용화 앞당겨 하나의 장치에 복합적인 기능을 담는 컨버전스(convergence) 제품이 대세다. 대표적인 스마트폰을 비롯해 글로벌 인기 가전으로 떠오른 드럼·통돌이 세탁기, 커피 얼음냉온 정수기, 공기 청정 기능을 더한 냉난방 장치 등 새로운 형태의 융합형 제품과 서비스가 빠르게 확대되고 있다. 신재생 에너지 분야에서는 최근, 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와, 역반응인 전력생산 기능을 함께 갖춘 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광·풍력 등에서 발생하는 유휴 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 재사용할 수 있기 때문이다. 하지만 산소 발생 및 환원 반응에 필요한 촉매의 높은 가격이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지의 촉매 제조에 필수적인 고가의 귀금속 이리듐의 함량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연료전지의 수소 및 산소 발생 전극으로 사용했을 때도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지의 현실화를 앞당기게 될 것으로 전망되고 있다. 촉매는 재생 연료전지의 느린 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라지는 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다. 하지만 기존의 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/cm2 이상)이 불가피했다. 기존의 일반적인 전극 제조방식은 촉매 입자와 고분자 접착제(이오노머)를 균일하게 섞어 촉매 층에 스프레이로 분사하는 방법이다. 하지만, 스프레이 방식으로 제조된 경우 촉매가 뭉치고 접착제가 일부 촉매를 가려 촉매의 활성 면적이 감소한다. 이를 개선하기 위해 도금 방식의 연구가 활발해졌다. 도금 방식은 접착제가 없어도 촉매 간 결합, 촉매와 전극 간 결합이 양호하다. 또한, 전극에 아주 얇게 촉매가 코팅되는 동시에 친수성을 띠게 되어 적은 양의 촉매로도 높은 활성도를 얻을 수 있다. KIST 연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가하였으며, 촉매 담지량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다. 또한, 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW를 달성했다. KIST 박현서 박사는 “귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Low-loading IrO2 Supported on Pt for Catalysis of PEM Water Electrolysis and Regenerative Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임아연 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 박현서 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 성영은 <그림설명> [그림 1] (A, B) 기존 방법을 통해 형성된 평평한 물 산화촉매 (IrO2) (C, D) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(IrO2/Pt) (E) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 물 산화 촉매의 성분 분석 (빨간색 껍질-IrO2/녹색 반원-Pt) [그림 2] 연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 [그림 3] (a) 전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교 (b) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과 (연료전지의 산소 전극 (ORR) 또는 수소 전극 (HOR)으로 사용했을 때, ORR (oxygen reduction reation):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O), HOR(hydrogen oxidation reaction): H2 → 2H+ + 2e-))

- 이리듐 촉매 비용 대폭 낮추는 이중 도금 기술 개발 - 수전해·전력생산 복합 재생연료전지 상용화 앞당겨 하나의 장치에 복합적인 기능을 담는 컨버전스(convergence) 제품이 대세다. 대표적인 스마트폰을 비롯해 글로벌 인기 가전으로 떠오른 드럼·통돌이 세탁기, 커피 얼음냉온 정수기, 공기 청정 기능을 더한 냉난방 장치 등 새로운 형태의 융합형 제품과 서비스가 빠르게 확대되고 있다. 신재생 에너지 분야에서는 최근, 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와, 역반응인 전력생산 기능을 함께 갖춘 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광·풍력 등에서 발생하는 유휴 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 재사용할 수 있기 때문이다. 하지만 산소 발생 및 환원 반응에 필요한 촉매의 높은 가격이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지의 촉매 제조에 필수적인 고가의 귀금속 이리듐의 함량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연료전지의 수소 및 산소 발생 전극으로 사용했을 때도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지의 현실화를 앞당기게 될 것으로 전망되고 있다. 촉매는 재생 연료전지의 느린 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라지는 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다. 하지만 기존의 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/cm2 이상)이 불가피했다. 기존의 일반적인 전극 제조방식은 촉매 입자와 고분자 접착제(이오노머)를 균일하게 섞어 촉매 층에 스프레이로 분사하는 방법이다. 하지만, 스프레이 방식으로 제조된 경우 촉매가 뭉치고 접착제가 일부 촉매를 가려 촉매의 활성 면적이 감소한다. 이를 개선하기 위해 도금 방식의 연구가 활발해졌다. 도금 방식은 접착제가 없어도 촉매 간 결합, 촉매와 전극 간 결합이 양호하다. 또한, 전극에 아주 얇게 촉매가 코팅되는 동시에 친수성을 띠게 되어 적은 양의 촉매로도 높은 활성도를 얻을 수 있다. KIST 연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가하였으며, 촉매 담지량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다. 또한, 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW를 달성했다. KIST 박현서 박사는 “귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Low-loading IrO2 Supported on Pt for Catalysis of PEM Water Electrolysis and Regenerative Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임아연 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 박현서 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 성영은 <그림설명> [그림 1] (A, B) 기존 방법을 통해 형성된 평평한 물 산화촉매 (IrO2) (C, D) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(IrO2/Pt) (E) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 물 산화 촉매의 성분 분석 (빨간색 껍질-IrO2/녹색 반원-Pt) [그림 2] 연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 [그림 3] (a) 전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교 (b) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과 (연료전지의 산소 전극 (ORR) 또는 수소 전극 (HOR)으로 사용했을 때, ORR (oxygen reduction reation):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O), HOR(hydrogen oxidation reaction): H2 → 2H+ + 2e-))

- 이리듐 촉매 비용 대폭 낮추는 이중 도금 기술 개발 - 수전해·전력생산 복합 재생연료전지 상용화 앞당겨 하나의 장치에 복합적인 기능을 담는 컨버전스(convergence) 제품이 대세다. 대표적인 스마트폰을 비롯해 글로벌 인기 가전으로 떠오른 드럼·통돌이 세탁기, 커피 얼음냉온 정수기, 공기 청정 기능을 더한 냉난방 장치 등 새로운 형태의 융합형 제품과 서비스가 빠르게 확대되고 있다. 신재생 에너지 분야에서는 최근, 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와, 역반응인 전력생산 기능을 함께 갖춘 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광·풍력 등에서 발생하는 유휴 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 재사용할 수 있기 때문이다. 하지만 산소 발생 및 환원 반응에 필요한 촉매의 높은 가격이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지의 촉매 제조에 필수적인 고가의 귀금속 이리듐의 함량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연료전지의 수소 및 산소 발생 전극으로 사용했을 때도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지의 현실화를 앞당기게 될 것으로 전망되고 있다. 촉매는 재생 연료전지의 느린 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라지는 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다. 하지만 기존의 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/cm2 이상)이 불가피했다. 기존의 일반적인 전극 제조방식은 촉매 입자와 고분자 접착제(이오노머)를 균일하게 섞어 촉매 층에 스프레이로 분사하는 방법이다. 하지만, 스프레이 방식으로 제조된 경우 촉매가 뭉치고 접착제가 일부 촉매를 가려 촉매의 활성 면적이 감소한다. 이를 개선하기 위해 도금 방식의 연구가 활발해졌다. 도금 방식은 접착제가 없어도 촉매 간 결합, 촉매와 전극 간 결합이 양호하다. 또한, 전극에 아주 얇게 촉매가 코팅되는 동시에 친수성을 띠게 되어 적은 양의 촉매로도 높은 활성도를 얻을 수 있다. KIST 연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가하였으며, 촉매 담지량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다. 또한, 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW를 달성했다. KIST 박현서 박사는 “귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Low-loading IrO2 Supported on Pt for Catalysis of PEM Water Electrolysis and Regenerative Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임아연 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 박현서 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 성영은 <그림설명> [그림 1] (A, B) 기존 방법을 통해 형성된 평평한 물 산화촉매 (IrO2) (C, D) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(IrO2/Pt) (E) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 물 산화 촉매의 성분 분석 (빨간색 껍질-IrO2/녹색 반원-Pt) [그림 2] 연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 [그림 3] (a) 전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교 (b) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과 (연료전지의 산소 전극 (ORR) 또는 수소 전극 (HOR)으로 사용했을 때, ORR (oxygen reduction reation):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O), HOR(hydrogen oxidation reaction): H2 → 2H+ + 2e-))

- 이리듐 촉매 비용 대폭 낮추는 이중 도금 기술 개발 - 수전해·전력생산 복합 재생연료전지 상용화 앞당겨 하나의 장치에 복합적인 기능을 담는 컨버전스(convergence) 제품이 대세다. 대표적인 스마트폰을 비롯해 글로벌 인기 가전으로 떠오른 드럼·통돌이 세탁기, 커피 얼음냉온 정수기, 공기 청정 기능을 더한 냉난방 장치 등 새로운 형태의 융합형 제품과 서비스가 빠르게 확대되고 있다. 신재생 에너지 분야에서는 최근, 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와, 역반응인 전력생산 기능을 함께 갖춘 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광·풍력 등에서 발생하는 유휴 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 재사용할 수 있기 때문이다. 하지만 산소 발생 및 환원 반응에 필요한 촉매의 높은 가격이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지의 촉매 제조에 필수적인 고가의 귀금속 이리듐의 함량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연료전지의 수소 및 산소 발생 전극으로 사용했을 때도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지의 현실화를 앞당기게 될 것으로 전망되고 있다. 촉매는 재생 연료전지의 느린 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라지는 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다. 하지만 기존의 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/cm2 이상)이 불가피했다. 기존의 일반적인 전극 제조방식은 촉매 입자와 고분자 접착제(이오노머)를 균일하게 섞어 촉매 층에 스프레이로 분사하는 방법이다. 하지만, 스프레이 방식으로 제조된 경우 촉매가 뭉치고 접착제가 일부 촉매를 가려 촉매의 활성 면적이 감소한다. 이를 개선하기 위해 도금 방식의 연구가 활발해졌다. 도금 방식은 접착제가 없어도 촉매 간 결합, 촉매와 전극 간 결합이 양호하다. 또한, 전극에 아주 얇게 촉매가 코팅되는 동시에 친수성을 띠게 되어 적은 양의 촉매로도 높은 활성도를 얻을 수 있다. KIST 연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가하였으며, 촉매 담지량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다. 또한, 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW를 달성했다. KIST 박현서 박사는 “귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Low-loading IrO2 Supported on Pt for Catalysis of PEM Water Electrolysis and Regenerative Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임아연 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 박현서 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 성영은 <그림설명> [그림 1] (A, B) 기존 방법을 통해 형성된 평평한 물 산화촉매 (IrO2) (C, D) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(IrO2/Pt) (E) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 물 산화 촉매의 성분 분석 (빨간색 껍질-IrO2/녹색 반원-Pt) [그림 2] 연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 [그림 3] (a) 전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교 (b) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과 (연료전지의 산소 전극 (ORR) 또는 수소 전극 (HOR)으로 사용했을 때, ORR (oxygen reduction reation):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O), HOR(hydrogen oxidation reaction): H2 → 2H+ + 2e-))

- 이리듐 촉매 비용 대폭 낮추는 이중 도금 기술 개발 - 수전해·전력생산 복합 재생연료전지 상용화 앞당겨 하나의 장치에 복합적인 기능을 담는 컨버전스(convergence) 제품이 대세다. 대표적인 스마트폰을 비롯해 글로벌 인기 가전으로 떠오른 드럼·통돌이 세탁기, 커피 얼음냉온 정수기, 공기 청정 기능을 더한 냉난방 장치 등 새로운 형태의 융합형 제품과 서비스가 빠르게 확대되고 있다. 신재생 에너지 분야에서는 최근, 물을 전기분해해 수소와 산소를 만드는 수전해와, 역반응인 전력생산 기능을 함께 갖춘 ‘일체형 재생 연료전지’가 주목받고 있다. 태양광·풍력 등에서 발생하는 유휴 전력을 친환경 수소로 저장했다가 필요할 때 재사용할 수 있기 때문이다. 하지만 산소 발생 및 환원 반응에 필요한 촉매의 높은 가격이 상용화의 걸림돌이 되어 왔다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 수소·연료전지연구단 박현서 박사팀이 서울대 공동 연구진과 함께 일체형 재생 연료전지의 촉매 제조에 필수적인 고가의 귀금속 이리듐의 함량을 최대 80% 이상 줄일 수 있는 이중도금 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연료전지의 수소 및 산소 발생 전극으로 사용했을 때도 안정적인 성능을 보여 수전해·전력생산 일체형 재생 연료전지의 현실화를 앞당기게 될 것으로 전망되고 있다. 촉매는 재생 연료전지의 느린 산화·환원 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 이렇게 빨라지는 전기화학반응은 물의 전기분해와 수소 생산에 들어가는 전력소비를 낮추게 된다. 하지만 기존의 수전해 장치는 수소 생산 효율을 높이기 위해 상당량의 이리듐 사용(2mg/cm2 이상)이 불가피했다. 기존의 일반적인 전극 제조방식은 촉매 입자와 고분자 접착제(이오노머)를 균일하게 섞어 촉매 층에 스프레이로 분사하는 방법이다. 하지만, 스프레이 방식으로 제조된 경우 촉매가 뭉치고 접착제가 일부 촉매를 가려 촉매의 활성 면적이 감소한다. 이를 개선하기 위해 도금 방식의 연구가 활발해졌다. 도금 방식은 접착제가 없어도 촉매 간 결합, 촉매와 전극 간 결합이 양호하다. 또한, 전극에 아주 얇게 촉매가 코팅되는 동시에 친수성을 띠게 되어 적은 양의 촉매로도 높은 활성도를 얻을 수 있다. KIST 연구진은 더 높은 성능을 갖는 도금 전극을 만들기 위해 촉매 층 밑에 반원 형태로 제어된 촉매 지지체를 만들고 그 위에 수전해 촉매를 형성하는 이중도금 기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 따라 촉매의 활성 표면적이 기존 단일도금 전극보다 2.5배 이상 증가하였으며, 촉매 담지량 당 전류밀도(A/mgIr)는 단일도금 전극의 2.1배, 스프레이 전극과 비교하면 56배가 향상된 성능을 나타냈다. 또한, 전 세계적으로 수전해 및 재생 연료전지 시스템의 상용화 기준점으로 불리는 귀금속 질량당 목표치 0.01 gIr/kW를 달성했다. KIST 박현서 박사는 “귀금속 함량이 낮으면서도 성능과 안정성이 우수한 이중도금 기술 전극이 일체형 재생 연료전지뿐만 아니라 산소 발생 반응을 포함하는 이산화탄소 환원 전지, 질소 환원 전지 등 여러 친환경 연료전지 분야에서도 폭넓게 응용될 수 있기를 기대한다”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Low-loading IrO2 Supported on Pt for Catalysis of PEM Water Electrolysis and Regenerative Fuel Cells - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임아연 박사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 박현서 책임연구원 - (교신저자) 서울대학교 화학생물공학부 성영은 <그림설명> [그림 1] (A, B) 기존 방법을 통해 형성된 평평한 물 산화촉매 (IrO2) (C, D) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 고효율 저담지 물 산화 촉매(IrO2/Pt) (E) 본 연구를 통해 형성된 반원형태의 물 산화 촉매의 성분 분석 (빨간색 껍질-IrO2/녹색 반원-Pt) [그림 2] 연속적 도금을 통한 전극 제조 및 기존 전극 제조 방식과의 비교 모식도 [그림 3] (a) 전극 제조 방식에 따른 수전해 성능 결과 비교 (b) 이중 도금 전극의 연료전지 성능 결과 (연료전지의 산소 전극 (ORR) 또는 수소 전극 (HOR)으로 사용했을 때, ORR (oxygen reduction reation):1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O), HOR(hydrogen oxidation reaction): H2 → 2H+ + 2e-))