- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상

- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상

- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 기존 고가의 백금 촉매 대체 가능한 금속유기골격체(MOF)계 탄소 촉매 개발 - 성능 및 대량생산성으로 상용화 기대, 향후 차세대 비 백금계 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가의 촉매인 백금을 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. 이 촉매는 대량생산이 가능하여 알칼라인 연료전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치이다. 하지만 연료전지에서 일어나는 반응(산소환원반응)이 느린 속도로 일어나기 때문에 이 속도를 빠르게 하는 역할을 하는 촉매는 연료전지의 발전 효율을 증가시킬 수 있는 핵심이다. 따라서 성능을 올리기 위해서는 촉매의 역할이 굉장히 중요한데, 주로 백금계열 촉매가 사용돼왔다. 그러나, 귀금속인 백금계열 촉매는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계를 갖고 있었다. 백금 소재를 대체하고자 금속이나 질소가 첨가된 탄소계 촉매에 관한 연구들이 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재의 촉매들은 우수한 효율을 보이지만, 그 원리를 정확히 알지 못한다는 문제점 등이 있어 실제 알칼라인 연료전지를 구동할 수는 없었다. KIST 연구진은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고되었으나, 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪고 있는 금속유기골격체(Metal Organic Frameworks)를 활용했다. KIST-경희대학교 공동연구진은, 스프레이 열분해법을 통해 코발트 및 질소가 도핑된 MOF계 촉매를 개발하였다. 스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들기 때문에, 필요한 구조의 입자를 쉽게 제조할 수 있었다. 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. KIST 유성종 박사는 “본 연구는 스프레이 열분해법의 도입으로 MOF계열 촉매의 성능 향상뿐만 아니라 MOF재료의 대량생산의 가능성을 가지고 있어 연료전지 산소환원반응 촉매 분야 및 흡착제, 배터리 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행되었으며, 경희대학교와의 공동연구로 진행된 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hollow-sphere Co-NC synthesis by incorporation of ultrasonic spray pyrolysis and pseudomorphic replication and its enhanced oxygen reduction reaction - (제 1저자) 한국과학기술연구원 임경민 박사과정 - (제 1저자) 경희대학교 화학공학과 김동휘 석사과정 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유성종 책임연구원 - (교신저자) 경희대학교 화학공학과 김진수 교수 <그림설명> [그림 1] (a) 스프레이 열분해 공정 (Ultrasonic spray pyrolysis) 모식도 (b) 개발된 중공 입자 구조 촉매의 합성 과정 [그림 2] (a) 제조된 촉매와 상용 촉매 산소화원반응 결과 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과