관리번호

스택 1-2

사업구분

수소연료전지차 부품실용화 및 산업기반 육성 사업

산업기술분류1

대분류

에너지ㆍ
자원

중분류

신재생
에너지

소분류

연료전지- PEMFC

산업기술분류2

대분류

-

중분류

-

소분류

-

과제명

연료전지차용 미세구조제어 기반의 전극 원가절감 기술개발

1. 개요 및 필요성

◦ 수소 연료전지자동차의 본격 양산 시 전극촉매는 전체 스택 가격의 약 48%를 차지할 것으로 분석됨

◦ 전극의 반응활성을 극대화하고 사용량 저감을 통해 연료전지 내 귀금속 원가 절감을 위한 노력을 지속하고 있음. 향후 코어쉘 타입을 포함한 합금촉매의 국산화를 통해 국내 산업의 기반을 확보하여 기술의 해외 의존성 탈피가 요구됨

◦ 다양한 금속의 단순 합금화 단계를 지나 현재는 Dealloying, Nano-segregation, Core-shell, Octahedral, Nano-frame 등 원자수준의 구조제어를 통해 반응활성을 극대화하는 접근이 있으나, 국내 업체들은 백금 단일금속 기반 촉매기술에 머물고 있음

◦ 실험실 수준을 뛰어넘어 양산성을 고려한 고활성, 고성능 전극촉매 제조기술 확보가 필요함

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 연료전지 백금량 저감을 위한 저백금 전극용 전극촉매 국산화 양산 기반기술 확보 (TRL :  [시작] 3단계 〜 [종료] 7단계)

- 백금저감을 위한 합금촉매(코어쉘 (Core-shell) 형태를 포함) 개발 및 양산대응 제조기술 확보

* 전기화학적, 화학적 및 기타 다양한 접근법에 대한 양산성 고려

- 나노입자 크기 및 형상제어 기술 및 scale-up 기술 확보

- 전극촉매의 활성 및 내구성을 고려한 합금 원소(또는 코어 원소) 최적화

- 고내구성 탄소계 지지체 및 활성금속 담지기술 확보

- MEA (Membrane Electrode Assembly) 수준에서 신뢰성 확보

ㅇ 개발목표

성능지표			단위	달성 목표	국내 최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
생산성	1	배치 당 촉매 제조량	g/batch	> 50	1	≧ 10 (일본, IFK)
촉매 성능1)	2	전극촉매 질량활성2)	A/mg PGM @ 0.9VIR-free	≧ 0.44	> 0.4	> 1.0 (미국/BNL)
	3	중전위 사이클 질량활성 저하율2)	% @ ((0.6 V (3s) ↔ 0.95 V (3s), 0.5 V/s, 30,000 회)	≦ 40	< 45	< 45 (미국, 3M)
	4	고전위 사이클 질량활성 저하율2)	% @((1.0 ↔ 1.5) V, 0.5 V/s, 5,000 회)	≦ 40	< 45	< 41 (미국, USC)
MEA 수준 신뢰성1)	5	MEA 성능 (활성면적 ≧ 200cm2(최종))3)	A/cm2 @ 0.6 V (80 ℃, 150 kPa_abs, 40% RH 이하)	≧ 1.3	0.8	> 1.3 (미국, ANL)
	6	귀금속 사용량 (Cathode)	mg PGM/cm2	≦ 0.15 (≦0.20core -shell4))	0.30	< 0.20 (미국, 3M)

1) 미국 DOE 의 전극촉매 및 MEA 성능평가 기준 (2016 년 업데이트 본)

2) MEA 상태 H2/O2 150kPa_abs IR-corrected 조건에서 평가

3) 최종 수요기업 평가 기준

4) 코어쉘 촉매의 코어에 Pt 외 귀금속이 사용되는 경우

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내   ㅇ 정부출연금 : ’17년 2억원 이내(총 정부출연금 27억원 이내)

* 1차년(‘17.11.∼’18.2.), 2차년(‘18.3.∼12.), 3차년(’19.1.∼12.), 4차년(’20.1.∼12.), 5년차(‘21.1∼7)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견기업

* 상기의 정부출연금(국비)은 예산 현황 및 평가결과에 따라 연차별로 변동 가능