• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.242-246
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• 2017

고온에서 Mn 이온 용출에 의한 성능저하를 보이는 스피넬 결정구조의 $LiMn_2O_4$ 양극 하이브리드 커패시터의 대안으로 열안정성이 높은 올리빈 결정구조의 $LiFePO_4$ 기반 복합양극 소재의 적용가능성을 연구하였다. $LiFePO_4$/활성탄셀을 이용한 1.0~2.3 V의 충 방전을 통한 수명평가에서 상온($25^{\circ}C$) 및 고온($60^{\circ}C$) 조건 모두에서 충 방전 사이클이 진행됨에 따라 음극(활성탄)의 저전압화에 따른 열화로 인한 용량저하 현상이 나타났다. 이의 해결을 위해 50:50 중량비율로 $LiFePO_4/LiMn_2O_4$, $LiFePO_4$/Activated carbon 및 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극을 제조하여 모노셀 충 방전 실험을 수행한 결과, 층상구조의 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$를 사용한 전극이 안정적인 전압거동을 보였다. 또한, 2.3 V 및 $80^{\circ}C$에서 1,000시간 부하를 통한 고온 안정성 실험에서도 $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ 복합양극이 상용 $LiMn_2O_4$ 양극에 비해 약 2배 가량 높은 방전용량 유지율을 보였다.

• 자원환경지질
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• 제56권1호
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• pp.55-63
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• 2023

망간각의 지화학적, 광물학적 특성의 변화는 인근 환경 변화를 반영한다. 따라서 서태평양 마젤란해산군 OSM-XX의 망간각에 대한 특성 파악과 고해양 복원 연구를 위하여 지화학적, 광물학적 분석을 각각 micro X-ray fluorescence (μ-XRF) 과 X-ray diffraction (XRD)를 이용하여 실시하였다. OSM-XX의 망간각은 인산염화 여부 및 구조에 의해 인산염화 작용을 받은 부분(L4-L5), 인산염화 작용을 받지 않은 치밀한 부분(L3), 인산염화 작용을 받지 않은 다공성 부분(L1-L2)의 세 부분으로 구분되었다. 철망간 산화광물 층에서는 모두 버나다이트 피크가 확인되었으며, 인산염화 작용을 받은 부분은 carbonate fluorapatite(CFA)의 존재와 높은 Ca, P의 특성을 나타내었다. 인산염화 작용을 받지 않은 치밀한 부분은 높은 Mn, Ni, Co를 나타내었고, 인산염화 작용을 받지 않은 다공성 부분은 높은 Fe값과 detritus quartz, feldspar가 확인되었다. OSM-XX의 망간각이 성장하는동안 나타난 특성의 변화는 인근 해양환경의 변화를 반영하였다. 약 51.87 Ma의 연대를 나타내는 망간각의 인산염 퇴적체는 약 36-32 Ma의 전지구적 인산염화 작용에 의해 형성된 것으로 보이며, 이는 당시의 상승된 해수면 높이와 낮은 해수온을 지시한다. 또한, 치밀한 구조에서의 높은 Mn, Ni, Co, Mn/Fe 비는 강화된 산소최소층과 환원환경을 지시하며, 다공성 구조에서의 높은 Fe와 낮은 Mn/Fe 비는 약화된 산소최소층과 산화환경을 지시한다. 이는 마이오세-올리고세 경계의 Mi-1 빙하기가 끝난 후 환경변화를 반영하였다. 9 Ma부터 이어진 한랭화의 결과로 인한 저층류와 산소최소층의 강화에 의해 망간각 최외각의 Mn/Fe 비와 Co/Mn 비가 미세하게 증가하였지만, 6 Ma부터 태평양에 발생한 탄산염 용해율의 감소로 성장속도의 감소를 야기하였다.

• 자원환경지질
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• 제56권3호
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• pp.311-330
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• 2023

CO₂ 배출량 증가로 인한 지구온난화 심화에 대한 주요 대책으로 CO₂를 포집하여 지중에 저장하는 이산화탄소 포집·저장(Carbon capture storage, CCS) 기술이 주목받고 있다. 최근 현무암의 거대한 체적, 높은 반응성, 풍부한 양이온 함량 등의 특성이 CO₂ 포획 및 저장 기작에 유리하게 작용한다는 사실이 부각되면서, 현무암층을 대상으로 하는 CO₂ 지중저장이 다양한 분야에서 연구되고 있다. 본 연구에서는 CO₂ 지중저장 기작, 현무암의 특성과 더불어 국외 연구 사례들을 조사 및 분석하여, 현무암 CO₂ 지중저장에 대한 타당성을 검토하였다. 조사한 사례들은 수행 방법을 기준으로 실험, 모델링, 현장 실증 연구로 분류하였다. 연구 사례별 실험 조건의 경우 온도는 20 ~ 250 ℃, 압력은 0.1 ~ 30 MPa, 암석-유체 간 반응 시간은 수 시간에서 4년까지 넓은 범위에서 진행되었다. 모델링 연구에서는 현무암 CO₂ 지중저장 후보지와 유사한 모델을 구축하여 CO₂-유체 주입 전∙후 유체역학적 및 지화학적 요인들에 대한 변화를 살펴본 사례가 다수였다. 검토 결과, 현무암은 잠재 CO₂ 저장용량이 크고, CO₂ 광물화 반응이 빠르기 때문에 현무암 CO₂ 지중저장시 온도와 압력 및 지질구조와 같은 환경적인 제약이 적다. 현장 실증 사례인 CarbFix project, Wallula project가 성공적으로 수행되어 실증 수행가능성 또한 높게 평가되고 있다. 그러나 현무암 대상 CO₂ 지중저장에서 신중히 고려해야 할 점도 존재한다. 광물화 기작이 현무암의 조성, 주입 지역의 특성 등 여러 요인에 따라 결과가 상이하게 나타나고, 탄산염과 규산염 광물 등의 침전으로 인해 관정 주입성(injectivity) 저하가 발생할 수 있다. CO₂ 주입 시 저장층 내 압력 증가가 발생할 수 있으며 암석-CO₂-유체 반응 과정에서 지중환경 오염의 위험성도 존재한다. 유체에 CO₂를 용해시켜 주입하기 때문에 기존 방식과 다른 지중 모니터링 기술 또한 요구된다. 따라서, 현무암에서의 CO₂ 지중저장을 안정적이고 효율적으로 수행하기 위해서는 적합한 대상 지역을 선별하고, 해당 지역에 대한 여러 자료를 구축하여 이를 기반으로 한 다양한 실험, 모델링, 현장 실증 등의 체계적인 연구 수행이 필요하다.

• 한국지구과학회지
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• 제21권4호
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• pp.449-468
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• 2000

탄산염 완사면과 테두리진 탄산염 대륙붕에서 퇴적된 오르도비스기 정선석회암은 다양한 속성양상을 보인다. 어란석 입자나 펠로이드 주위에 분포하는 등후의 침상의 교결물로 나타나는 해수속성작용은 최초의 속성작용이었으며 재결정화된 마이크로스파 내지 스파 방해석, 방해석으로 채워진 증발암 캐스트 그리고 어란석 입자 주위에 분포하는 등후의 스파 방해석으로 나타나는 담수속성작용으로 이어졌다. 얕은 매몰 속성 작용의 양상은 마이크로스타일로라이트와 용해 씸을 포함하며, 깊은 매몰 속성작용의 양상은 스타일로라이트, 매몰 교결물, 거정질 방해석 그리고 포이킬로토픽 방해석을 포함한다. 매몰교결작용은 압력용해양상과 쌍정 엽리를 갖는 거정질 방해석 또는 포이킬로토픽 조직을 갖는 방해석에 의해 특징지어진다. 돌로마이트는 조간대 기원의 극세립 및 세립질 모자이크 돌로마이트, 다양한 기원의 산재된 돌로마이트, 생물 교란 반점이 돌로마이트화 된 패치돌로마이트, 깊은 매몰 기원의 안장형 돌로마이트가 있다. 규화작용은 방해석을 치환한 석영과 열극에 침전된 석영이 있다. 포이킬로토픽 조직을 보이는 극조립질의 매몰교결물은 -10.4%$_o$ PDB의 ${\delta}^{18}$O 값과 -1.0 %$_o$ PDB의 ${\delta}^{13}$C 값, 504ppm Sr, 3643ppm Fe 그리고 152ppm Mn 값을 보인다. 세립 및 조립질 방해석으로 구성된 석회암은 매몰교결물과 비슷한 ${\delta}^{18}$O 값과${\delta}^{13}$C값을 보이나, 매몰교결물에 비해 Sr 함량은 낮고, Fe 및 Mn 함량은 높다 이런 지화학적 경향은 세립 및 조립질 방해석의 재결정화 작용이 담수 환경에서 일어난 후 매몰환경에서 다시 재결정되어 나타난 것으로 해석되며, 매몰교결물은 비교적 높은 온도와 낮은 물/암석 비를 갖는 환경에서 형성된 것으로 해석된다. ${\delta}^{18}$O 값이 -8.2%$_o$ PDB, ${\delta}^{13}$C 값이 -1.9%$_o$ PDB, 213ppm Sr, 3654ppm Fe, and 114ppm Mn을 보이는 극세립 및 세립의 돌로마이트는 조상대 환경에서 퇴적물과 동시기적으로 형성된 후 비교적 낮은 암석/물의 비율을 갖는 매몰 환경에서 재결정 된 것으로 해석된다. 지화학적 자료는 정선석회암의 속성환경은 물/암석의 비가 낮은 매몰환경이 주된 속성환경이었음을 시사한다. 정선석회암은 퇴적될 당시 해수 속성 작용과 담수 속성 작용을 받았다. 행매층과 회동리층의 퇴적으로 정선석회암의 일부는 얕은 매몰 환경 하에 놓이게 되었고, 데본기의 지구조적 변형기에 대기하에 노출되었을 것으로 해석된다. 석탄기와 페름기의 평안계 지층이 약 3km의 두께로 퇴적되어 정선석회암은 이시기에 깊은 매몰환경에 놓이게 된 것으로 해석되며 스타일로라이트, 매몰 교결물, 거정질 방해석 그리고 안장형 돌로마이트가 형성된 것으로 해석된다. 정선석회암은 중생대와 신생대에 있었던 송림, 대보, 불국사 변동으로 대기에 노출된 것으로 보이며 담수 속성환경에 다시 놓이게 된 것으로 해석된다. 백악기와 제3기의 불국사 변동 후 정선 석회암은 대기 하에 노출되어 담수 속성작용을 받은 것으로 보인다.