​NST-정부출연(연) 사업화 유망기술페어 2022 – Bio산업 분야

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3DCrafts 그린수소 생산을 위한 음이온교환막수전해 전주기 기술

C01

 특허명 :복합금속산화물입자-금속입자 복합체.. 등 4건

Anion exchange membrane water electrolysis cycle technology for green hydrogen production

한줄 기술 요약

  • 차세대 AEM 수전해를 위한 비귀금속 고활성/고내구성 촉매, 고성능 대면적 균일 전극 및 MEA, 고효율 스택 최적화 기술과
  • 사용 가능 수준의 소재-부품-시스템을 연계하는 전주기 기술임

개발배경 및 해결과제

  • 신기후제제 대응, 글로벌 탄소 중립에 따른 경제적, 안전, 안정적인 수요 생산을 위한 사회적 필요성이 증가하고 있으며 특히, 친환경 그린수소에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있음
  • 그린수소 생산 방식 중, AEM 수전해는 저가 비귀금속 촉매 사용, 높은 에너지 밀도, 고순도 수소, 고압수소, 빠른 수소 생산, 원활한 부하변동 대응 등의 장점이 있음

기술의 우수성

 

  • 그린수소 생산 방식 중, AEM 수전해는 저가 비귀금속 촉매 사용, 높은 에너지 밀도, 고순도 수소, 고압수소, 빠른 수소 생산, 원활한 부하변동 대응 등의 장점이 있음

기술의 차별성

핵심1 고활성/고내구 비귀금속 촉매 소재

핵심2 고성능 대면적 균일 전극 및 MEA

핵심3 고효율 AEM 수전해 스택

기술 동향

[트렌드]

재생에너지와 연계하여 저가로 고순도의 그린수소를 대량생산 할 수 있는 차세대 AEM 수전해 기술 고성능화

기술구현

  • 전주기 연구 : 촉매-전극-막전극접합체-스택의 전주기 연구
  • 저가로 고순도 수소 생산 : 고활성/고내구 비귀금속 촉매, 대면적 고성능 균일 전극 및 MEA, 고효율 장수명 AEM 스택

기술 특징 핵심 1

고활성/고내구 비귀금속 촉매 소재

  • 귀금속 촉매소재(백금, 이리듐) 대비 수소 및 산소 발생 성능과 내구성이 우수한 양산형(가격경쟁력 우수) 비귀금속(니켈, 코발트) 촉매소재 개발

  * 기능화표면처리와 형상제어가 가능한 원스텝 촉매전극 직접성장 기술을 개발해 촉매의 활성과 내구성이 동시에 향상된 촉매 일체형 전극 및 비귀금속 촉매소재를 개발(수소발생촉매 : NiCo@C/C_ppy, 산소발생촉매 : CuCo2O4)

기술 특징 핵심 2

핵심2 고성능 대면적 균일 전극 및 MEA

  • 단위셀의 수소생산 전류밀도가 650mA/cm2인 대면적 전극 및 MEA 제조기술 개발

  * 고균질 subμm급 촉매 분쇄 기술, 고분산 슬러리/잉크 제조기술, 고담지 코팅 공정기술 개발을 통한 대면적 전극 기술 확보

기술 특징 핵심 3

고효율 AEM 수전해 스택

  • 수소발생 성능/내구성 핵심인자에 대한 제어를 통해 대면적 19셀 스택에서 세계 최고 수준의 수소생산 효율 75.5% 달성

  * 유동해석을 통한 유로 설계, 스택 체결 조건 최적화, 각 셀 별 전류전압 실시간 모니터링 기술 및 성능/내구성 핵심 인자 제어기술 확보

활용분야

  • 분산형 수소충전소

  • 수소에너지저장시스템(HESS)

  • AEM수전해시스템

  • 그린에너지 전환 시스템

  • 직접 탈초순수 수전해 원천 기술

  • 전기화학적 에너지 전환 소재 기술

관련특허

  • 복합금속산화물입자-금속입자 복합체의 제조방법 및 복합금속산화물입자- 금속입자 복합체(10-1934640) 등 4건

협력 희망

  • 수전해 소재 및 부품 기술 공동연구
  • 정부 및 민간 수탁 과제 공통 추친
  • 소재 및 부품 특성 Data Base 구축
  • 촉매 소재-전극 및 MEA 부품/모듈-스택별 기술이전 (노하우/레시피)
  • 스핀오프 가능한 분야 발굴