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보고서 초록
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 10
제1절 서론 10
제2절 연구개발의 과학기술, 사회경제적 중요성 12
제2장 국내외 기술개발 현황 13
제1절 국외기술 동향 13
제2절 국내기술 동향 15
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 17
제1절 이온교환능을 가진 고분자계 전구체를 이용한 탄소분자체의 합성 19
제2절 나노금속입자가 도입된 다공성 탄소나노섬유 30
제3절 표면처리된 활성탄소섬유의 수소저장 특성 43
제4절 백금 나노입자가 도입된 다공성 탄소나노섬유의 수소저장 특성 49
제5절 기능성 흑연제조 및 금속도입이 수소저장에 미치는 효과 54
제6절 금속/탄소 소재의 수소저장 메커니즘 59
제7절 위탁연구개발 내용 62
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 107
제1절 목표달성도 107
제2절 관련분야에의 기여도 107
제3절 연구성과 109
제5장 연구개발결과의 활용계획 136
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 137
제7장 참고문헌 138
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I. 제목
▶ 탄소계 재료를 이용한 수소저장 기술개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
▶ 탄소재료는 단일의 원소로 구성되어 있음에도 불구하고, 결합의 형태가 다양하며, 화학적 안정성, 전기 및 열전도성, 고강도, 고탄성율 등의 우수한 특성을 가진 재료이다. 더욱이 탄소재료는 경량이며 자원량이 풍부하기 때문에 수소를 저장할 수 있는 신 재료로 21세기에 크게 부각되고 있다. 탄소재료의 표면 특성은 bulk 특성과 같은 구성 원소 간에 작용되는 모든 요소뿐만 아니라 free surface라는 독특한 환경에서 나타나는 상호작용의 종합적인 결과에 의해 결정된다. 이러한 상호 작용력이 발현되도록 하는 기능성들을 표면에 도입함으로써 소재의 표면특성을 조절이 가능함. 본 연구에서는 탄소계 나노 재료의 기상 및 고상 표면처리 기술과 다양한 다공성 탄소재료의 합성 (GNFs, CMS 등) 및 이렇게 최적화된 탄소재료에 Ti, Cu, Ag, Pt 등 기능성 나노입자의 도입을 통해서 다기능성, 고기능성 부여하여 수소 저장능력을 극대화 하고자 한다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
- 수소친화력이 증가된 고밀도 다공성 탄소 및 금속/탄소 복합체 제조
- 표면기능화를 통한 다공성 탄소재료의 수소저장력 증대
▶ 1차년도
○ 물리/화학적 방법을 통한 나노기공 제어, 형상제어
○ 탄소재료내 입자경이 제어된 단분산형 금속 도입 및 제어
○ 고성능 다공성 탄소/수소 저장매체 복합체 제조 및 기능화
○ 수소저장용량 2wt%
▶ 2차년도
○ 선택적 관능기도입을 통한 다공성 탄소표면 및 수소 흡착점 제어
○ 습/건식 표면처리를 통한 표면 수소흡착점 제어
○ 수소저장용량 3wt%
▶ 3차년도
○ 다공성 탄소/수소저장 복합체의 수소저장 메커니즘 해석
○ 최적 복합체 구성 확립
○ 산업화를 위한 공정확립
○ 수소저장용량 4wt%
IV. 연구개발결과
▶ 비표면적이 2000㎡/g 이상의 다공성 탄소나노섬유를 세계 최초로 합성하여 Nanotechnology지에 발표하였음.
▶ 다공성 탄소나노섬유를 이용하여 세계 최고수준인 상온 100 기압의 조건에서 2.5wt.%의 수조저장 결과를 얻었으며 이를 Int. J. Hydrogen Energ.지에 발표하였음.
▶ 현재까지 유력 학설로 받아들여지던 탄소/금속 표면에서의 수소저장 메커니즘인 R. T. Yang의 Spill-over 현상을 개선한 Modified spill-over 메커니즘을 개발하여 Int. J. Hydrogen Energ.지에 발표하였음.
▶ 다공성 탄소재료의 기공구조가 수소저장에 미치는 영향을 규명하여 유명 계면학회지인 J. Colloid Interface Sci.지에 발표하였음.
▶ 흑연계 소재의 수소저장 가능성을 확인하여 금속과의 최적복합체의 구성 및 기공률 제어를 통해 가역적 수소저장값으로서 4.0wt.% 이상의 결과 얻음.
V. 연구개발결과의 활용계획
▶ 탄소재료의 표면처리 기법확립에 따른 고용량의 수소저장기술 확보.
▶ 확립된 탄소재료 표면처리 기술의 유관산업의 이전에 따른 연계 효과.
▶ 탄소전극을 포함한 탄소시장은 전량 수입에 의존하고 있는 실정으로 성공적인 다공성 탄소재료의 개발은 유관산업에 제2의 혁명을 가져올 수 있음.
▶ 수소저장 매체로서의 응용은 2015년 개발 예정인 수소자동차에 응용 가능.
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