에너지기술
에너지기술
기존의 화석연료의 고갈, 지구 온난화, 환경 오염 등의 사회적인 문제로 신/재생에너지를 활용하는 기술을 개발하는 것이
현대 사회에서 매우 시급한 상황입니다. 특히 배터리, 연료전지, 물 분해를 통한 수소 생산, Power to Gas system, 태양전지 등 친 환경
에너지를 효율적으로 생산, 저장, 사용하기 위한 에너지 기술이 필요하며, 현재 이러한 에너지 기술에 필요한 신소재 개발과
관련된 연구를 수행하고 있습니다.
기존의 화석연료의 고갈, 지구 온난화, 환경 오염 등의 사회적인 문제로 신/재생에너지를 활용하는 기술을 개발하는 것이 현대 사회에서 매우 시급한 상황입니다. 특히 배터리, 연료전지, 물 분해를 통한 수소 생산, Power to Gas system, 태양전지 등 친 환경 에너지를 효율적으로 생산, 저장, 사용하기 위한 에너지 기술이 필요하며, 현재 이러한 에너지 기술에 필요한 신소재 개발과 관련된 연구를 수행하고 있습니다.
Materials for energy storage and conversion
에너지 저장 소재
지속 가능한 에너지 패러다임을 구현하기 위한 전기 자동차의 확산과 신재생 에너지의 확대 사용에 따라서 리튬 이온 이차 전지의 사용 범위는 계속 확대되고 있습니다. 이에 따라 고에너지/고안전성 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이차 전지는 양극, 음극, 전해질이라는 세가지 요소에 의해서 구성되어 있습니다. 다른 에너지 변환 장치에 비해서 간단한 구조를 가지고 있기 때문에 각 소재의 성능에 의해서 선형적으로 전지의 성능이 결정됩니다. 따라서, 새로운 소재의 개발은 새로운 성능을 가진 이차 전지의 개발을 의미하게 되어 소재에 대한 연구가 많이 진행되고 있습니다. 최근에는 기존의 에너지 저장 방식의 이론적 한계를 뛰어 넘는 에너지를 구현이 가능한 새로운 에너지 저장 방식을 가지는 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다. 이를 통해서 기존의 이차 전지의 플랫폼을 이용해서 얻을 수 없는 에너지 용량을 구현할 수 있는 장점이 있습니다.
Next generation secondary battery (All solid-state battery)
차세대 이차 전지 (전고체 전지)
기존 이차 전지의 가장 큰 문제점인 안전성을 해결하기 위해서 기존에 사용하고 있는 액체 전해질이 아닌 새로운 형태의 고체 전해질을 이용한 전고체 전지에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 전고체 전지는 안전성이 확보될 뿐만 아니라 기존 전지에서 사용 불가능한 고전압 물질을 사용하여 획기적으로 에너지 용량을 증가시킬 수 있어 차세대 전지로써 큰 각광을 받고 있습니다. 특히, 전고체 전지는 단순한 소재의 변화가 아닌 새로운 에너지 저장 플랫폼의 변화라고 할 수 있습니다. 따라서, 전고체 전지는 기존 이차 전지가 사용될 수 있는 응용 분야를 센서나 IOT 장치와 같은 차세대 분야까지 확대할 수 있어 많은 관심을 받고 있습니다.
Fuel cell technology : Non-precious metal and low Pt catalyst research
연료전지 기술 : 비 귀금속 및 백금 사용량 절감 촉매 개발
연료 전지는 운송, 자재 취급, 고정식, 휴대용 및 비상 백업 전원 애플리케이션을 포함한 광범위한 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. 연료 전지는 연소 엔진보다 높은 효율로 작동 할 수 있으며, 연료의 화학 에너지를 최대 60 %의 효율로 전기 에너지로 변환 할 수 있습니다. 또한 연료 전지는 물만을 방출하기 때문에 스모그를 생성하거나 이산화탄소 배출 등 대기 오염을 야기하지 않으며, 가동 부품 수가 적어서 작동 중에 소음이 없다는 특징도 있습니다.
하지만 현재 연료 전지는 백금이 전극 촉매로서 주로 사용되기 때문에 가격 경쟁력의 관점에서 어려움을 겪고 있으며, 시동 정지 및 작동 조건과 연료 부족 조건 등에서의 내구성 문제를 해결하지 못한 상태이므로 상용화 단계에 도달하는데 어려움이 있습니다. 때문에, 백금 사용량의 감소 혹은 비 귀금속 촉매 개발 등의 전기 화학 촉매 연구부터 내구성 문제를 해결할 수 있는 시스템의 개선까지 산업 전반적인 해결 과제에 대한 연구가 필요한 실정입니다.
High-performance water electrolysis catalyst
for effective hydrogen production
효과적인 수소 생산을 위한
고성능 수전해 촉매 개발
물을 전기화학적으로 분해하여 수소를 생산하는 수전해 방식은 수소를 만드는 것의 최적의 방식으로 알려져 있습니다. 수전해의 변환 효율은 열역학적으로 80%에 육박할 정도로 높지만, 실제로는 전체 반응 과정이 4단계로 이루어져 있어 반응 속도가 매우 느리고 이에 따라 큰 과전위가 걸려 효율이 감소합니다.
수소 생산을 위한 전기화학 공정에서의 에너지 소모를 낮추고 효율을 증가시키기 위해서 과전위를 극복하기 위한 전기화학 촉매의 도움이 필요합니다. 이상적인 수전해 촉매는 활성 뿐만 아니라 내구성이 좋은 촉매입니다. 그러므로 에너지 분야에서는 수전해 촉매의 활성과 내구성을 향상시키기 위해 전극(촉매) 의 물성과 관련된 학문을 연구하는 데에 관심이 있습니다.
Next generation materials and devices
for solar energy conversion
태양 에너지 변환을 위한
차세대 소재 및 소자
태양은 지구상 대부분의 에너지의 근원입니다. 따라서 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키는 것은 궁극적으로 가장 효율적인 발전 방식이며, 그 수요는 세계적으로 빠른 속도로 증가하고 있습니다. 기존의 태양광 발전은 대부분 고전적인 실리콘 반도체에 기반하고 있는 반면, 최근에는 실리콘의 한계를 넘어설 수 있는 차세대 박막형 유무기 반도체 소재들에 대한 연구가 많은 각광을 받고 있습니다. 그 중 하나인 금속 할라이드 페로브스카이트의 경우 개발된지 불과 10여년 만에 실리콘 태양전지의 에너지 변환 효율을 따라잡는 가파른 기술 발전 속도를 선보이며 뜨거운 연구관심을 받기도 했습니다. 차세대 반도체 소재들은 양자효과 등을 통해 광학특성을 손쉽게 제어할 수 있다는 장점이 있으며, 특히 이를 다중접합 태양전지에 접목하면 기존의 단일접합 태양전지들의 한계를 넘어서는 고효율을 얻을 수 있습니다.
