○ 연구의 목적 및 내용 수자원 오염과 기상이변에 따른 물 부족 시대를 맞이하여 기존의 증발법, 역삼투압법과 같은 기존의 수처리 방법에 비해 친환경적이며 에너지 효율적인 장점을 가지는 축전식 탈염전극(CDI, Capacitive De-Ionization) 기술이 많은 관심을 받고 있음. 그러나 축전식 탈염 기술발전을 위해서는 고용량을 가지는 전극소재와 최적화된 운전 방법을 개발할 필요가 있음. 본 연구에서는 고성능 축전식 탈염전극의 활물질로 이용하기 위한 계층적 다공성 탄소나노소재를 개발하고 이를 적용한 축전식 탈염전극 시스템 운전 기술을 최적화하는 것을 목표로 함. 리서치펠로우 연구과제의 취지에 맞춰 연구책임자의 전통탄소소재 및 축전식 탈염 기술 연구경험과 주관기관의 슈퍼커패시터 등 에너지 소자로 응용가능한 탄소나노소재 기술을 결합해 시너지효과를 내고자 함. ○ 연구결과 고성능 축전식 탈염전극의 활물질로 이용하기 위한 계층적 다공성 탄소나노소재의 개발과 이를 전극소재로 활용한 CDI 운전기술의 최적화. 주관연구기관인 성균관대학교의 에너지 및 환경용 소재 기술을 적용하여 시너지 효과를 얻을 수 있을 것이며, 국제공동연구 수행, 계속적인 연구과제 발굴(ex. 염분차 발전)을 수행함. 세부적인 연구결과로, 1. 비표면적 1601 m
2/g, 메조포어 63.4%을 만족하는 계층적 다공성 탄소나노소재 개발 2. 기존 활물질(AC) 대비 164% 의 향상된 전기전도도를 가지는 탄소나노소재 적용 3. 고성능 CDI를 위한 이종원소 도입 4종, 표면관능기 처리 2종의 탄소나노소재 평가 4. CDI를 활용한 염제거율(NaCl 기준) 기존 AC 대비 184%의 성능향상 (N-AC,MOF-derived AC 활용) 5. 100 cycle 이상 구동에서 95% 이상의 초기성능 유지 6. 정전류/정전압 CDI 운전을 통한 운전기술 평가 7. 호주 월렁공 대학교, 퀸즐랜드 대학교, 미국 워싱턴 주립 대학교와 CDI 활물질 및 촉매 지지체용 나노탄소소재 공동연구 8. CDI 셀을 이용한 염분차 발전(염수/담수의 반복 공급을 통한 에너지 생산) 시스템 구축 및 주관기관의 소재 적용 계속 연구 ○ 연구결과의 활용계획 - 수자원 고갈 위험에 대응하여 해수담수화, 폐수처리 및 깨끗한 물을 얻기 위한 친환경, 에너지 효율적인 축전식 탈염 기술의 확보 - 사업초기 단계인 축전식 탈염의 핵심 기술(고성능 전극 활물질) 확보로 고부가가치물 산업 성장의 주도적 역할 - 가정용 정수뿐만 아니라 초순수 등 공업용수, 해수로부터의 자원회수 및 에너지 생산 등 해양자원이용, 원자력 폐기 방사선 물질의 선택적 제거 등으로 발전할 수 있는 초석기술의 확보 - 연구책임자와 주관기관의 연구분야 교류와 통합을 통해 연구자의 연구 지속성 유지와 질적 향상, 주관기관의 기 개발소재의 새로운 응용분야 적용, 국제공동연구 추진 (출처 : 연구결과 요약문 4p)
- 연구책임자 : 김지영
- 주관연구기관 : 성균관대학교
- 발행년도 : 20200300
- Keyword : 1. 축전식 탈염전극;수처리;계층적 구조;다공성 탄소;탄소 복합재료;이종원소 도입;선택적 흡착;시스템 운전 기술;염분차 발전; 2. Capacitive deionization;Water purification;Hierarchical structure;Porous carbon;Carbon composite;Hetero-atom doping;Selective adsorption;System operation;Salinity Gradient Energy;