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◇ CO2 전기화학적 환원반응(CO2RR)의 반응 특성과 선택도에 영향을 미치는 주요 인자를 규명한다. | ◇ CO2 전기화학적 환원반응(CO2RR)의 반응 특성과 선택도에 영향을 미치는 주요 인자를 규명한다. | ||
◇ 작동전극의 boundary thickness가 CO2RR에 미치는 영향을 분석한다. | ◇ 작동전극의 boundary thickness가 CO2RR에 미치는 영향을 분석한다. | ||
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◇ 전해질 내 불순물의 존재가 CO2RR 효율과 생성물 분포에 미치는 영향을 규명한다. | ◇ 전해질 내 불순물의 존재가 CO2RR 효율과 생성물 분포에 미치는 영향을 규명한다. | ||
◇ Ag foil의 ECSA 변화를 정량화하여 CO2RR 활성 및 선택성과의 상관관계를 규명한다. | ◇ Ag foil의 ECSA 변화를 정량화하여 CO2RR 활성 및 선택성과의 상관관계를 규명한다. | ||
2025년 12월 2일 (화) 22:18 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 전기화학적 CO2 환원반응에 대한 전기화학적 측정 방법에 대한 고찰
영문 : A Review on Electrochemical Measurement Methods for CO2RR
과제 팀명
CNL
지도교수
이두환 교수님
개발기간
2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 20228710** 정*은(팀장)
서울시립대학교 화학공학과 20203400** 남*재
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ CO2 전기화학적 환원반응(CO2RR)의 반응 특성과 선택도에 영향을 미치는 주요 인자를 규명한다. ◇ 작동전극의 boundary thickness가 CO2RR에 미치는 영향을 분석한다. ◇ CV, LSV, GC 등 다양한 전기화학적 분석 기법을 활용하여 CO2RR 반응 메커니즘을 정량적으로 해석한다. ◇ 전해질 내 불순물의 존재가 CO2RR 효율과 생성물 분포에 미치는 영향을 규명한다. ◇ Ag foil의 ECSA 변화를 정량화하여 CO2RR 활성 및 선택성과의 상관관계를 규명한다.
개발 과제의 배경
◇ CO2 전기화학적 환원 반응은 CO2를 일산화탄소, 메탄, 에틸렌 등과 같은 유용한 화학물질이나 연료로 전환하는 기술로 많은 연구가 이루어졌지만 표준화된 연구의 프로토콜 부재로 인해 촉매 성능을 객관적으로 비교하고 평가하는 데 어려움이 있다. ◇ 촉매의 활성과 선택성은 촉매 자체의 조성과 형태뿐만 아니라 전해질, 전기화학 셀의 유체역학, 촉매 및 전해질의 순도 등 다양한 변수에 의해 영향을 받기 때문에, 재현 가능한 데이터를 얻기 위한 표준화된 절차의 필요성이 대두되고 있다. ◇ 표준화된 촉매 준비 및 셀 작동 조건을 적용하면 객관적인 성능 평가, 데이터 재현성 확보, 연구 효율 증대가 가능할 것이다.
개발 과제의 목표 및 내용
내용
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 기존 CO₂RR 연구는 촉매 조성, 전해질 종류, 가스 공급 방식, 전극 구조 등 실험 조건의 다양성으로 인해 데이터 비교가 어렵다. 본 연구를 통해 CV, LSV, GC 등의 전기화학적 분석을 통합하여 반응 특성과 선택도에 영향을 미치는 주요 인자를 정량적으로 규명함으로써 반응 표준화 및 객관적 성능 평가 기준을 제시할 수 있다. 표준화된 실험 프로토콜 확립을 통해 데이터 재현성을 확보하며 CO₂RR 연구 간 객관적 비교 및 기술 평가가 가능할 것이다.
◇ H-Cell 내 교반 속도 및 CO₂ 유량 조절을 통해 전극 주변 Boundary thickness를 제어함으로써, 질량 전달 특성과 반응 속도 간의 상관관계를 규명하여 전달 현상 해석 기술을 확보할 수 있다. 향후 CO₂RR 반응에서의 전극 구조 및 셀 설계 최적화 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 전해질 내 불순물 농도 변화가 반응 효율 및 생성물 분포에 미치는 영향을 정량적으로 분석함으로써, 전해질 순도 및 반응 환경 최적화의 중요성을 입증할 수 있다. 이를 통해 CO₂를 유용한 화학물질 및 연료로 전환하는 기술의 효율 향상에 기여할 수 있을 것이다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 현재 전 세계적으로 탄소 포집 및 전환(CCU) 기술 시장은 급성장 중이며, 그 중에서도 CO₂RR 기술은 화석연료 기반 공정의 탄소 배출 저감뿐 아니라 고부가가치 화학제품의 생산을 가능하게 한다. 본 연구를 통해 촉매 성능 평가의 신뢰성을 확보하고 반응 조건의 표준화가 이루어진다면, 연구 결과의 재현성이 향상되어 기업 및 연구기관의 기술개발 비용이 절감되고, 상업화에 기여할 수 있을 것이다. 또한 CO₂RR 공정을 통해 탄소배출권 거래제 시장에서 경제적인 이익을 창출할 수 있다. 특히 CO₂를 원료로 하는 연료 및 화학제품 생산 기술은 탄소 순환형 산업구조를 구축함으로써 에너지, 화학 산업 전반의 경쟁력을 강화할 것이다.
◇ CO₂RR 기술은 온실가스인 CO₂를 유용한 자원으로 전환함으로써 탄소 포집·활용 효율을 높이고, 산업계의 친환경 전환과 ESG 경영 강화에 기여할 수 있다. 또한 표준화된 분석 프로토콜 확립을 통해 연구 재현성과 협력 연구를 촉진하여 탄소중립 실현에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
◇ CO2RR 관련 논문 조사 및 원리 파악 ◇ CO2RR 전극 분석 및 cell 유사성 파악 ◇ 선행 논문와 현재 cell의 차이점 파악 ◇ 선행 논문 참고하여 전류 밀도, FE, ECSA 계산 및 분석 ◇ 분석 결과 선행 논문과 일치하는지 확인
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
