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[고려대학교] 산소 환원 및 발생 반응용 촉매 및 이의 제조방법

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

산소 환원 및 발생 반응용 촉매 및 이의 제조방법

보유기관 및 연구자 : 고려대학교 산학협력단/김동완 교수

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: ○ 이차원 구조의 NiS2 나노시트를 합성하고, 이를 리튬공기전지 양극용 촉매로 사용하는
기술임

<산소 환원 및 산소 발생 반응용 촉매의 제조방법을 도시한 모식도>

연구의 필요성: ○ 화석연료의 고갈이나 고유가 등에 따른 기존 에너지 저장기술을 해결할 필요가 있음
- 음극으로 리튬을 사용하는 리튬공기전지는 차세대 이차전지 중 가장 높은 에너지 밀도를 가지는 것으로 평가되고 있음
- 산소환원반응과 산소발생반응 사이의 과전압 감소를 위해 양극에 귀금속 촉매를 사용하지만 제조 단가가 높아 상용화가 어려움
- 고활성 및 고안정성을 갖는 저가형 신규 촉매의 개발이 필요함

기술 구현: ○ Ni(OH)2 전구체 합성 방법
- 물 100㎖ 용매에 니켈 아세테이트 0.08mol을 충분히 녹인 뒤 암모니아수용액을 넣으면서, pH 9~12 범위 내에서 여러 종류의 혼합용액을 제조함
- 각각 140~200℃의 온도 범위에서 10℃씩 온도를 올려가며 1시간 간격으로 4~12 시간 동안 수열 합성함
- 반응이 종료되면, 물과 에탄올로 세정 후 건조하여 Ni(OH)2 전구체를 합성함

< Ni(OH)2 전구체 및 NiS2 촉매의 이미지, 고해상도 TEM 이미지 및 FFT 패턴>

시장동향: ○ 에너지 저장시장은 전력수요 증가와 신재생에너지 확산 등에 따라 크게 성장할 것으로 전망
○ 에너지 저장분야의 세계 시장규모는 2016년 289억 달러에서 2021년 558억 달러로 성장할 전망

<에너지 저장 분야의 세계시장>

특장점

차별성: ○ 산소 환원 및 산소 발생 반응용 촉매의 제조방법
- 혼합용액 제조 단계에서 혼합용액의 pH가 9 ~ 11이 되도록 상기 암모니아 수용액을 첨가함 - 160 ~ 210 ℃에서 수열합성함
- NiS2 나노시트 합성 단계에서 황 분말을 열처리하여 기화된 황과 Ni(OH)2 나노시트 전구체가 반응함

기술 개발 효과: ○ NiS2 나노시트(nanosheet)로 이루어진 촉매
- 높은 촉매 활성도를 지닌 저가형 촉매임 - 산소 환원 및 산소 발생 반응용 양기능성 촉매로 활용 가능함
- 구조적 제어를 통해 나노시트 형태의 이차원 구조로 형성되어 높은 촉매 활성 면적을 가짐 - 간단한 공정으로 대량생산이 가능하여 향후 리튬 공기전지의 상용화에 기여함