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표제지
제출문
보고서 초록
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
세부 과제 1(주관 과제) : 붕소수소화물 재생기술 연구 14
보고서 초록 16
요약문 18
SUMMARY 20
제1장 연구개발 과제의 개요 22
제2장 국내외 기술개발 현황 24
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 28
제1절 전기화학적 재생 실험 및 결과 28
1. H-type cell을 이용한 전기화학반응 실험 및 결과 29
2. Single electrolyte를 이용한 전기화학반응 실험 및 결과 33
제2절 열화학적 재생 실험 및 결과 38
1. 수소 방출 반응 생성물의 분석 결과 38
2. NaBO₂와 NaBH₄의 용해도 실험 결과 41
3. 일반적인 재생 실험 및 결과 44
4. Al 사용 재생 실험 및 결과 48
제3절 위탁기관의 기타 연구 결과 53
1. 고성능, 고수명 NaBH₄ 수소발생용 촉매 개발 53
2. 열화학적 NaBH₄ 재생공정 최적화 54
3. Al/Fe 등 저가 금속을 이용한 수소발생 연구 59
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 62
제1절 목표달성도 62
제2절 관련분야에의 기여도 63
제5장 연구개발결과의 활용계획 64
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 66
제7장 참고문헌 70
세부 과제 2(협동 과제) : 수소 저장용 하이드라진 수화물 분해 반응시스템 개발 72
보고서 초록 74
요약문 76
SUMMARY 78
제1장 연구개발과제의 개요 80
제1절 연구개발의 목적 80
제2절 연구개발의 필요성과 범위 81
제2장 국내외 기술개발 현황 86
제1절 국내외 관련 분야에 대한 기술개발 현황 86
제2절 연구결과가 국내외 기술개발에서 차지하는 위치 91
제3장 연구개발 내용 및 결과 94
제1절 실험 방법 94
제2절 연구내용 및 결과 97
1. 하이드라진 수화물의 농도분석기술연구 97
2. 이리듐 촉매의 제조, 특성분석, 반응성 연구 101
제4장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 110
제1절 목표 달성도 110
제2절 관련 분야에의 기여도 110
제5장 연구개발 결과의 활용계획 116
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 118
제7장 참고 문헌 120
부록 122
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I. 제목 : 화학적 수소저장 핵심기술 연구
II. 연구개발의 목적 및 필요성
화학적 수소저장 방법은 수소저장 밀도, 안전성, 수소 방출속도 제어 등을 고려했을 때 다른 수소 저장 방법에 비하여 매우 유리하다. 본 연구의 1단계 사업에 서는 붕소 수소화물 NaBH₄로부터 수소를 방출할 때 사용되는 촉매에 대해 연구를 수행하였다. 그러나 붕소 수소화물을 이용한 수소저장 방법의 실용화를 위해서는 수소를 방출할 때 생성되는 NaBO₂의 재생이 경제적으로 이루어져야 한다. 본 연구의 2단계 사업에서는 NaBH₄수용액으로부터 수소를 방출시킬 때 생성되는 NaBO₂의 경제적 재생 공정을 개발하고자 한다. 또한 기본 연구로서 알루미늄 합금 및 고용량 수소저장이 가능한 하이드라진 수화물에 대해 수소방출 촉매 및 반응시스템 개발을 추진하고자 한다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
가. 전기화학적 재생공정 연구
- 전기화학 반응기 구성 및 전극 성능 평가
- 1단계 NaBH₄로의 재생공정 연구
나. 열화학적 재생공정 연구
- 고온 고압 반응 시스템 구성 및 개선
- Al을 사용한 재생공정 개발
다. 화학적 수소저장 기본연구
- 고성능 수소방출 촉매 연구
- Al 사용 수소 저장/방출 기술 연구
라. 하이드라진 수화물 사용 수소저장 연구
- 하이드라진 수화물 분해 반응용 이리듐 촉매 연구
- 하이드라진 수화물 분해 반응 시스템 개발
IV. 연구개발결과
화학수소화물로서 붕소 수소화물(NaBH₄), 알루미늄 합금 및 하이드라진 수화물(N₂H₄H₂O)에 대해 수소저장 연구를 수행하여 아래와 같은 결과를 얻었다.
1. NaBH₄의 가수분해반응을 통하여 수소를 제조한 후 부산물인 NaBO₂를 다시 NaBH₄로 재생하기 위하여 전기화학적 재생공정과 열화학적 재생공정에 대한 연구를 수행하였다. 전기화학반응을 이용한 직접 재생기술을 연구한 결과 NaBO₂수용액으로부터 상온, 상압에서 직접 NaBH₄로의 전환은 가능하지 않음을 확인하였다.
2. 열화학적 재생공정 연구를 통하여 Al을 환원제로 사용하는 경제적인 재생공정을 개발하였다. 새로 고안한 Al activation 방법을 사용하여 재생반응의 전환율을 80% 이상으로 크게 증가시킬 수 있었으며, 최종적으로 Al/Mg를 환원제로 20g NaBH₄/batch 단위의 lab-scale 재생공정의 실증에 성공하였다.
3. 한편 기본 연구를 통하여 수소방출용 Co-P 촉매를 전기도금 방법으로 안정하게 제작하였으며, Al에 Fe, Cu, Ni 등을 첨가하여 합금을 제작함으로써 알칼리 수용액 상에서 Al로부터 수소발생 속도를 현저히 증가시킬 수 있었다.
4. 또한 수소저장 매체로서 하이드라진 수화물의 분해 반응용 촉매 개발 및 반응 제어기술 개발을 추진하여 나노크기 이리륨 촉매를 담지한 허니컴 촉매를 제조하고 특성을 파악하였으며, 제조된 촉매를 이용한 하이드라진 수화물 분해 반응 시스템을 제작하고 분해 반응 특성 연구를 추진하여, 하이드라진 수화물 분해에 의한 수소발생 기본 기술을 확보하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
본 연구를 통하여 NaBH₄ 재생공정의 경제성 향상, 고안정성 수소발생 촉매 개발, 알루미늄 합금으로 부터 수소 방출 기술 개발, 하이드라진 수화물의 분해에 의한 수소발생 촉매 및 시스템 개발이 완료되었으므로 NaBH₄수용액, 알루미늄 합금 및 하이드라진 수화물을 수소저장 물질로 사용하는 시스템의 상용화를 기대할 수 있다. 즉 로봇 및 무인항공기 등 특수 목적으로 이동용 연료전지를 장시간 적용하는 분야에 본 연구 결과를 활용할 수 있다.
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