알루미늄 공기전지의 환원전극으로 많은 재료들이 쓰이고 있지만 그중에서도 니켈은 값이 싸며 전기 전도도가 높아 많이 쓰이고 있다. 니켈 메쉬표면에 이산화망간을 촉매로써 처리하지만 이산화망간 용액을 적시고 말리는 기존방법에서는 균일하게 처리가 되지 않고 공기가 통하지 않는 경우도 있기 때문에 보다 균일한 처리를 위해 전해도금을 연구하였다.
질산망간수용액의 열분해에 의한 이산화망간 적용 $Ta/Ta_2O_5/MnO_2$ 커패시터의 특성 연구를 수행하였다. 질산망간수용액의 TG/DSC 분석을 통해 약 $230{\sim}250^{\circ}C$ 범위에서 단일상의 이산화망간이 생성되었다. 열분해 온도, 질산망간수용액의 농도, 열분해 회수를 이산화망간 고체 전해질 생성의 기초 변수로 선정하고 이에 따른 커패시터 특성을 평가하였다. 최적 조성을 기준으로 복사열분해 방식이 대류열분해 방식에 비하여 우수한 특성을 발휘하였다. 이는 복사열분해에 의해 상대적으로 구형의 작은 입자 상태의 이산화망간 입자들이 생성되고 이를 통해 미세 다공성 구조의 커패시터 소결체 내부에 균일하고 치밀한 이산화망간 고체전해질 층이 생성되는 것에서 기인하는 결과임을 확인하였다.
간단한 볼-밀 방법에 의한 one-pot 합성법을 통해 수화된 이산화망간 나노와이어가 합성되었다. 이렇게 준비된 이산화망간 나노와이어는 주사 전자 현미경(SEM), 투과 전자 현미경(TEM), X-선 회절(XRD) 및 Brunauer-Emmett-Teller (BET)로 특성화되었고, 적당한 크기(4-5 nm)와 형태에서 좋은 촉매적 활성을 보였다. 기질 Furfuryl 알코올을 선택하여 톨루엔 용매를 사용하고 산소 1기압 및 온도 $100^{\circ}C$에서 반응시켰다. 이산화망간 나노와이어 촉매는 뛰어난 선택성과 전환성을 보이며 월등한 furfural 수율을 나타내었다. 또한 재사용 촉매 성능 테스트에서, 5번 이상 재실험 중 촉매 활성의 손실이 거의 없어 좋은 기계적 강도를 보여주었다.
이산화망간은 전지의 활성물질로서 우수한 특성을 가지고 있고 가격도 저렴한 재료로서 각종 1차전지에 사용되어왔다. 그러나 이산화망간을 이용한 2차 전지에 대한 연구는 그렇게 많지 않다. 최근 이산화망간의 충전가역성에 관하여 황산아연을 전해질로 하는 이산화망간 아연전지가 재충전이 가능하다는 보고가 있다. 여기서는 이산화망간이 황산아연수용액 중에서 가역적으로 충전방전이 가능한 것을 토대로 2차전지로서의 가능성에 대해 서술한다.
크라프트 리그닌-polyacrylonitrile (PAN) 그라프트 공중합체의 전기방사 나노섬유매트를 열처리와 이산화망간($MnO_2$) 전기증착법을 이용하여 리그닌 기반 탄소나노섬유 매트(lignin based carbon nanofiber mat, LCNFM)로 제조하고, 슈퍼캐퍼시터용 전극소재(electrode)로의 응용가능성에 대하여 조사하였다. 전기증착 처리시간이 길수록 $MnO_2$-LCNFM 표면의 흡착되는 이산화망간양이 증가하였으며, 이에 따른 탄소나노섬유의 직경과 이산화망간 흡착층이 증가하였다. $MnO_2$-LCNFM 전극의 전기 화학적 특성을 순환전압전류측정(cyclic voltammetry)을 통해 평가하였고, 최대 $168.0mF{\cdot}cm^{-2}$의 비축적용량을 보였다. $MnO_2$-LCNFM를 이용하여 $H_3PO_4$/Polyvinyl alcohol 겔 전해질로 제작한 하이브리드 슈퍼캐퍼시터(hybrid supercapacitor)는 약 90%의 전기용량 효율(capacitance efficiency)을 보였으며, 1,000회의 충 방전 시험에서 안정적인 거동을 나타냈다.
이산화망간 존재하에서 사염화규소는 1차, 2차, 3차 및 벤질알코올 유도체 뿐 만 아니라 시클로헥산올과 같은 고리형 알코올, 알릴 알코올 등의 염소화반응을 정량적으로 수행할 수 있음을 발견하였다. 먼저 이산화망간이 사염화규소의 반응성이 큰 규소-염소 결합에 삽입되어 불안정한 중간체인 Manganese(IV) oxodichloride를 생성하고 이 중간체는 계속하여 사염화규소와 반응하여 최종적으로 사염화망간을 생성하리라 예상된다. 이렇게 생성되리라 예상되는 화학종들은 모두 반응메카니즘적으로 알코올의 염소화반응에 관여할 수 있음을 알았다. 이 반응은 Thionyl chloride나 삼염화인등을 사용한 고전적인 알코올의 염소화반응에 비하여 많은 장점을 가짐을 알 수 있었다.
산업화의 급격한 진전으로 인한 에너지 소비가 세계적으로 증가되면서 새로운 에너지 저장 소자에 대한 개발의 필요성이 늘고 있으며, 이에 빠른 충 방전 시간과 반영구적으로 사용이 가능한 슈퍼커패시터에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 수열반응(Hydrothermal) 제조법을 이용하여 기판인 탄소섬유(carbon cloth)에 비정질의 이산화망간($MnO_2$)을 도포하여 슈퍼커패시터를 제작하였다. 탄소섬유에 Fe 이온이 도핑 된 이산화망간을 결합한 전극으로 이루어진 슈퍼커패시터의 특성 파악을 위해 전기주사현미경(SEM), X-ray 회절분석(XRD), 그리고 X-ray 분광 분석(EDX)을 실시하였다. 또한, 1 M의 $Na_2SO_4$ 전해질에서 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)과 정전류충전법(Galvanostatic charge-discharge)을 통해 슈퍼커패시터의 전기화학적 특성을 조사하였으며, 이를 통해 전류밀도 1 A/g에서 정전용량이 163 F/g 임을, 그리고 1000 회의 충 방전 후 수명 측정 시에 안정적으로 87.34%가 유지됨을 확인하였다.
이산화망간 건전지에 실사용되고 있는 전해액 ZnCl$_2$-$H_2O$의 조성 변화에 따른 건전지의 특성변화를 비교 검토하여, 건전지성능향상의 기본인자 및 그 변화정도를 조사코자 하였다. ZnCl$_2$ 주사용 전지계는 특히 중부하연속방전이 우수하였으며 그 이유로는 농도분극현상이 적음에 기인되며 이는 $Zn^{++}$이 본계에서는 쉽게 이동함에 있다고 간주되며 그 $Zn^{++}$ 이온의 바른 이동은 이론치보다도 다량사용하게 되는 물의 역할에 기인되고 방전에 직접 필요한 수분량과, 기타의 목적 즉 반응 침전물의 재용해, ion carrier 등으로서 이용되는 수분량은, MnO$_2$와의 비율 및 방전 부하크기에 따라 다르다.
x-ray 필름 정착과정에서 발생하는 폐액 중에 함유된 은의 평균농도는 약 1,500mg/$\ell$ 정도이므로 폐수를 처리없이 방류할 경우 수생태계에 독성을 나타낼 수 있어 방류전에 처리할 필요가 있다. x-ray 필름 정착과정에서 발생하는 폐수를 처리하는 방법으로는 전기분해, 화학침전법, 금속치환법 등이 알려져 있으나 본 연구에서는 시약용 이산화망간과 폐건전지에서 회수한 이산화망간을 흡착제로 하여 정착폐액에 함유된 은 성분을 흡착하였다. 회분식 및 연속식 실험에서 시약용 이산화망간(MDO)을 사용하였을 경우 흡착결과가 우수하였으나 폐건전지에서 회수한 이산화망간(RMDO)도 흡착제로서 우수함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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