요약
페로브스카이트형 물질의 결정 구조를 개선하여 촉매 활성을 높인 새로운 더블 페로브스카이트 산화물 촉매가 개발되었습니다. 이 기술은 고체산화물연료전지(SOFC)의 전기 생성 효율을 증가시키고, 다양한 연료에 대한 반응성을 개선합니다. 촉매의 화학적 조성을 조절함으로써 성능을 최적화할 수 있으며, 이는 재생 가능 에너지 활용을 증대시키고 환경 보호 기술 발전에 중요한 기여를 할 것으로 예상됩니다. 또한, 이 기술은 에너지 변환 및 저장 분야에서의 지속 가능한 미래를 위한 기술적 진보로 평가되며, 경제적 이점과 기후 변화 대응에 필수적인 역할을 할 것입니다.
기본 정보
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특허명: 이중 페로브스카이트 산화물 촉매와 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 대칭형 고체산화물전지와 이의 제조방법
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대표 발명자: 명재하 교수
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출원번호: 10-2023-0133299
발명의 배경 및 필요성
페로브스카이트형 물질의 중요성
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페로브스카이트형 물질은 ABX₃ 형태의 결정 구조를 가지며, 높은 전하 운반 효율과 광흡수 능력을 지니고 있어 태양전지 분야에서 높은 전력 변환 효율(PCE)을 달성함
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연료전지 분야에서 산소 환원 반응(ORR)의 촉매로 사용되지만, 촉매 활성이 낮아 상업적 활용에 제약이 있음
기술 개선의 필요성
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촉매 활성을 향상시키기 위해 결정 구조 조정, 표면 개질, 다른 원소 도핑 등의 연구가 필요함
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페로브스카이트형 촉매의 개선은 에너지 변환 및 저장 기술의 효율성을 높이고, 재생 가능 에너지 활용 증대, 화석 연료 의존도 감소, 온실가스 배출 감소에 기여함
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이는 환경 보호 기술에 긍정적 영향을 미치며, 에너지 및 환경 분야에서 지속 가능한 미래를 위한 중요한 기술적 진보로 평가됨
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또한, 전 세계적으로 에너지 효율성 개선, 경제적 이점 제공, 기후 변화 대응에 필수적임
구현방법
기술의 원리 및 구현
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A2BB*O6 형태의 페로브스카이트 구조를 가진 촉매 개발로 산소 이동 속도가 빠르며 다양한 연료에 반응하여 전기를 생성함
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특정 조건에서 촉매 표면에 형성된 나노 크기의 금속 입자들이 활성을 높임
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스트론튬, 철, 코발트, 몰리브덴, 산소를 사용하여 촉매를 구성하고, 코발트의 양을 조절하여 촉매의 특성을 변화시킴
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EDTA, NH4OH, CA 등의 화학물질을 이용한 복잡한 화학 반응으로 촉매 구조를 형성하고, 고온에서 소결하여 촉매를 완성함
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고체산화물연료전지 제조 시 전해질 지지체, 완충층, 전극층을 인쇄하고 소결하는 과정을 거치며, 전극층에 개발된 촉매를 적용하여 전지를 제작함
기술의 장점
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촉매의 활성 및 안정성 향상으로 전기 생성 효율 증가
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다양한 연료에 대한 반응성이 우수하여 에너지 변환 효율이 높음
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촉매의 화학적 조성 조절을 통해 성능을 최적화할 수 있음
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고체산화물연료전지의 성능 개선으로 지속 가능한 에너지 솔루션에 기여함
실험 및 결과
실험 목적 및 방법
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촉매의 화학적 및 구조적 변화가 고체산화물연료전지(SOFC)의 성능에 미치는 영향을 분석하고, 코발트의 양을 조절하여 전지 성능의 변화를 평가함
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촉매 조성 변화를 적용한 전지를 제작하고, 전기화학적 성능을 평가하여 촉매의 효과를 분석함
실험 결과
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촉매 구조의 변화에 따라 전지의 성능이 향상됨을 확인함
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코발트의 조절을 통해 전지의 성능을 더욱 개선할 수 있었음
발명의 활용 방안
제품 및 서비스 적용의 혁신
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고체 산화물 연료전지(SOFC)의 촉매로 사용되는 새로운 더블 페로브스카이트 산화물 재료는 에너지 변환 효율을 향상시키며, 활성 사이트 수 증가로 촉매 성능을 개선함
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해당 촉매는 SOFC의 공기전극과 연료전극에 모두 사용 가능해 제조 과정을 단순화하고 비용을 절감함
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SOFC의 효율성과 안정성을 높이며 생산 비용을 낮추어 전력 생성, 차량용 전원 공급원 등 다양한 분야에 적용될 수 있음
기대효과
기술 혁신과 시장 잠재력
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이 촉매는 에너지 변환 장치의 효율성을 높여 기술적 혁신을 이루고, SOFC의 제조 과정을 간소화함으로써 에너지 부문의 경쟁력을 강화하고 시장 점유율 확대가 기대됨
사회적 가치와 환경적 영향
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향상된 SOFC 사용은 환경 친화적인 에너지 솔루션을 제공하며, 고효율 및 저배출로 환경 보호에 기여함
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에너지 변환 및 저장 분야에서 중요한 역할을 하여 친환경 에너지 기술 발전에 기여할 것으로 예상됨
시장 동향
에너지 변환 시장 동향
환경 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
높은 전력 변환 효율
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페로브스카이트형 물질은 높은 전하 운반 효율과 광흡수 능력을 지니고 있어 태양전지 분야에서 높은 전력 변환 효율을 달성합니다.
다양한 연료에 대한 반응성
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다양한 연료에 반응하여 전기를 생성할 수 있으며, 촉매의 활성 및 안정성 향상으로 전기 생성 효율이 증가합니다.
성능 최적화 가능성
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촉매의 화학적 조성 조절을 통해 성능을 최적화할 수 있습니다.
Weaknesses
촉매 활성의 제약
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연료전지 분야에서 산소 환원 반응의 촉매로 사용되지만, 촉매 활성이 낮아 상업적 활용에 제약이 있습니다.
기술 개선의 필요성
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촉매 활성을 향상시키기 위한 결정 구조 조정, 표면 개질, 다른 원소 도핑 등의 연구가 필요합니다.
Opportunities
에너지 변환 및 저장 기술의 효율성 증대
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페로브스카이트형 촉매의 개선은 에너지 변환 및 저장 기술의 효율성을 높이고, 재생 가능 에너지 활용 증대에 기여합니다.
환경 보호 기술의 발전
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환경 보호 기술에 긍정적 영향을 미치며, 에너지 및 환경 분야에서 지속 가능한 미래를 위한 중요한 기술적 진보로 평가됩니다.
Threats
기술 혁신의 빠른 변화
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전 세계적으로 에너지 효율성 개선, 경제적 이점 제공, 기후 변화 대응에 필수적인 기술 혁신이 빠르게 진행되고 있어 지속적인 연구 개발이 요구됩니다.
경쟁 기술의 발전
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다른 촉매 기술의 발전으로 인해 시장에서의 경쟁이 치열해질 수 있습니다.
Summary
Strengths
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페로브스카이트형 물질은 높은 전력 변환 효율과 다양한 연료에 대한 반응성을 지니며, 촉매의 성능을 최적화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
Weaknesses
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현재 촉매 활성의 제약과 기술 개선의 필요성이 존재합니다.
Opportunities
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에너지 변환 및 저장 기술의 효율성 증대와 환경 보호 기술의 발전에 기여할 수 있는 기회가 있습니다.
Threats
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기술 혁신의 빠른 변화와 경쟁 기술의 발전이 잠재적 위협으로 작용할 수 있습니다.
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