• 제목/요약/키워드: electric adsorption

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에너지 저장시스템을 위한 슈퍼커패시터 최신 연구 동향 (Recent Research Trends of Supercapacitors for Energy Storage Systems)

  • 손명숙;류준형
    • 청정기술
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    • 제27권4호
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    • pp.277-290
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    • 2021
  • 슈퍼커패시터는 일반 커패시터(축전지, 콘덴서)에 비해 정전용량이 매우 큰 커패시터로 전기화학 커패시터 혹은 울트라 커패시터(ultracapacitor) 라고도 부르는데, 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 짧은 충전시간(~ 30초), 우수한 출력특성, 반영구적 수명(~ 100,000 cycle), 낮은 유지비용, 빠른 응답특성, 높은 안정성 등을 특징으로 하여, 백업용 전원, 무정전전원장치, 수송 기계 및 스마트 그리드의 고출력 보조 전원 등 급속 충방전이 필요한 전자기기 및 고출력이 요구되는 산업분야에서 활용되고 있다. 태양광과 풍력 같은 불규칙적인 전력원을 활용하는 발전에서 2차 배터리와 함께 에너지저장장치로 구성되어 상대적으로 느린 배터리의 충·방전 특성을 보상하고 배터리 수명연장에 기여하며 시스템의 전체 전력 품질을 향상시킬 수 있다. 본 고에서는 이처럼 에너지저장장치로 다양한 분야에서 활용되고 있는 슈퍼커패시터에 대해, 전극 재료에 따른 에너지 저장 원리 및 메커니즘, 분류를 간략하게 살펴보고, 국내외 제품 연구, 특허, 시장 및 제품 현황을 제시하여 활용성을 검토하고 향후 전망을 살펴보았다. 에너지 저장 소자로 슈퍼커패시터가 관련 산업 수요에 대응하기 위해서는, 고전압 모듈 기술, 고효율 충전, 안전성, 추가적인 성능개선 및 비용경쟁력 등 아직까지 해결해야 할 과제들이 많다.

무전해 니켈도금된 탄소섬유강화 에폭시기지 복합재료의 전자파 차폐특성 (Electromagnetic Interference Shielding Behaviors of Electroless Nickel-loaded Carbon Fibers-reinforced Epoxy Matrix Composites)

  • 홍명선;배경민;이해성;박수진;안계혁;강신재;김병주
    • 공업화학
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    • 제22권6호
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    • pp.672-678
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    • 2011
  • 연구에서는 니켈 함량에 탄소섬유강화 에폭시 기지 복합재료의 전자파 차폐효과에 대해 고찰을 위해 탄소섬유표면에 시간의 변수에 따른 무전해 도금을 실시하였다. 탄소섬유 표면의 특성은 주사전자현미경과 X-선광전자분광법으로 측정하였고 전기적 특성은 4단자법으로 분석을 진행하였다. 복합재료의 전자파 차폐효과는 흡수와 반사 두 가지 방법으로 분석을 진행하였다. 실험 결과로부터 전자파 차폐효과는 탄소섬유 표면에 코팅된 니켈 함량이 증가됨에 따라 순차적으로 증가되는 것이 확인되었으나, 고주파 영역에서는 과량의 니켈 도금이 더 이상의 전자파 차폐효율을 증가시키지 않는 것이 확인되었다. 결론적으로 니켈 함량이 탄소섬유 복합재료의 전자파 차폐효과를 결정하는 요소가 될 수 있다고 판단되나, 특정 주파수마다 최적화된 금속도입 함량에 대한 변수가 있을 수 있다고 판단된다.

해파리 분말의 상토 첨가물로서의 효과 및 상토의 미생물 군집 변화에 대한 연구 (Influences of Addition of Jellyfish Powder to Bed Soil and Bacterial Community Structure of Bed Soil)

  • 백보람;최재호;김영록;차하은;도형기;황철원
    • 한국토양비료학회지
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    • 제45권2호
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    • pp.227-234
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    • 2012
  • 해파리 분말을 추가함으로써 나타나는 화분 내의 수분 흡착력 및 유지력은 일반 상토보다 월등하고 이는 작물을 관리함에 있어 안정성과 건기 또는 단수로 인한 수분고갈을 예방할 수 있을 것으로 생각된다. 미생물의 경우 DGGE pattern과 염기서열 분석을 통해 확연한 군집변화를 유도하였으며, 식물과 공생관계에서 중요한 Bacteroidetes들의 다양성을 증가시키는 효과를 보았다. 이러한 긍정적인 면이 있지만, 해파리를 분말화하는 공정에 있어서 Potassium alum을 사용 한다는 것이 문제점으로 나타났다. 이 문제를 해결해야만 상품으로써의 가치가 더욱 높아지는데, 이는 해파리가 상토 첨가제로써의 역할도 충분히 할 수 있기 위해서는 phosphate가 inorganic phosphate으로 변환되는 것을 방지해야 하기 때문이다. 요약하자면, 본 실험을 통해 해파리의 잠재적인 자원력 및 고부가 가치화의 가능성은 충분히 나타났다고 생각한다. 이것이 가지는 의미는 식용으로 사용되는 해파리는 제한적이며 독성 해파리들은 거의 사용되지 않기 때문에, 산업적 측면에서 가용성 자원이 늘어난다는 것이다. 또한 환경개선적 측면에서, 독성 해파리률 포함한 해파리들은 여름철 (약 7~8월경)에 해수의 온도 상승과 관련하여 개체수가 급증하여 각 종 어장과 해수욕장에 피해를 주게 된다. 그렇기에 고부가 가치화가 이루어진다면 해파리의 출몰 시기와 이동경로를 예측하여 독성 및 식용불가 해파리들을 사전에 어획함으로써 해양관련 산업에 피해를 줄이고 어민들의 어획종이 늘어남과 동시에 해파리를 이용한 상품을 개발하는 데에 필요한 원자재 확보에도 도움이 될 것이라 생각한다.

통계분석을 이용한 영산강·섬진강수계 주요 유입지천의 수질 특성 (Water Quality Characteristics of the Major Tributaries in Yeongsan and Sumjin River Basin using Statistical Analysis)

  • 박진환;정재운;김대영;김갑순;한성욱;김현욱;임병진
    • 환경영향평가
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    • 제22권2호
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    • pp.171-181
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    • 2013
  • In this study, we report the water quality characteristics of pollutants for 4 major tributaries in the Yeongsan and Sumjin river basins using statistical analysis, such as regression equation and factor analysis. The flow rate and water qualtiy data collected from 4 sampling sites(Hwangryoung A, Jiseok A, Chooryeong A, Osu A) in the Yeonsan and Sumjin river basin during the past 3 years were analyzed for 11 parameters(flow rate, dissolved oxgen, pH, water temperature, electric conductivity, biochemical oxygen demand, chemical oxygen deman, total organic carbon, total nitorgen, total phosphorus, suspended solid). The results showed that the concentrations of BOD, COD, TOC, T-N, T-P in Hwangryoung A(HW) and Jiseok A(JS) of the Yeongsan river basin were decreased as the flow rate was increased. This means that rather than nonpoint soources, point sources affect water quality. In the cases of Chooryeong A(CR) and Osu A(OS) in the Sumjin river basin, howerever, nonpoint sources than point sources are an important factor that affects the water quality. Also, the factor analysis technique was employed to analyze principal component influencing on water quality. The results revealed that the first principal component in HW was correlated with EC, DO, T-N, water temperature. This "nitrogen influx according to seasonal pattern" factor may be interpreted. In JS, the first principal component was correlated with BOD, COD, TOC and is likely to represent "organic matter" processes. In CR and OS, BOD, COD, TOC, SS and T-P were significantly correlated and is considered as representing "Organic matter and adsorption of phosphorus on sediments influx". This study is expected to contribute to the effective pollution control/management of the surfac waters in the study sites.

국내 모 유연탄 발전소의 석탄회 매립 염호수 내 미량원소 농집에 대한 지구화학적 연구 (A Geochemical Study on the Enrichment of Trace Elements in the Saline Ash Pond of a Bituminous-burning Power Plant in Korea)

  • 김석휘;최승현;정기영;이재철;김강주
    • 한국광물학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.31-40
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    • 2014
  • 본 연구에서는 유연탄을 원료로 하는 국내 모 화력발전소에서 발생하는 비회(fly ash)와 석탄회 매립염호수(saline ash pond)에 대하여 지구화학적으로 조사함으로써 석탄회와의 반응에 의한 매립호수의 수질변화와 염수와의 반응에 의한 석탄회내의 원소용출 특성을 고찰하였다. 이를 위해, 각각 1개씩의 비회와 바닥재, 그리고 7개의 매립호수 수질시료를 채취하였다. 이 중, 비회와 바닥재, 그리고 2개의 수질시료는 총 55개 항목의 미량금속원소에 대한 분석을 수행하였다. 비회 내에는 Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Cd, Sb, Au, Pb, B 등과 같은 친황원소들의 함량이 비교적 높게 나타났다. 하지만, 매립호수 내에서는 해수에 비하여 As, Ba, Co, Ga, Li, Mn, Mo, Sb, U, V, W, Zr 등이 상대적으로 농집되어 있었다. 또한, 각 원소에 대하여 비회 내의 농도와 매립호수 내의 농도 비를 비교한 결과, Ag, Bi, Li, Mo, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, W 등이 타 원소들과 비하여 매립호수에 농집되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상대적 휘발정도에 의해 일부 금속원소가 비회의 표면에 농집된다 하더라도 금속원소의 용출특성이 용해도나 흡착처럼 각 원소의 지화학적 거동 특성에 영향 받음을 의미하는 것이다.

수용액중(水溶液中)에서의 Kaolinite 입자(粒子)의 전기화학적(電氣化學的) 성질(性質) (Electrochemical Properties of Kaolinite in Aqueous Suspension)

  • 임형식
    • 한국토양비료학회지
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    • 제16권4호
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    • pp.318-324
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    • 1983
  • 이온흡착, 전위차적정, 전기이동법 등을 이용 하여 kaolinite 현탄액의 전기 화학적 성질을 연구하였다. 0.001M 또는 0.1M NaCl 용액중에서 kaolinite로부터 용해되어 나온 알루미늄 이온이 $Na^+$$Cl^-$과 같이 지시이온으로서 kaolinite 표면에 흡착되는 것을 고려할 때 kaolinite는 pH independent + 및 -전하와 pH dependent + 및 -전하를 모두 가지고 있었다. 증류수와 0.001M NaCl 용액중에서 kaolinite 입자의 전기이동은 전기 이동셀(cell)에서 측정이 시작된 후 시간경과(전기이동 측정시간)에 관계없이 일정한 이동성을 나타냈으나 0.1M NaCl 용액중에서 kaolinite 입자는 등전점 (pH 4.7) 이상에서는 측정시간이 경과함에 따라 전하가 -에서 +로 변화하였다. 즉 최초 10초 동안에는 -전하를 가지며 그 후에는 +전하를 띠면서 전기이동 속도가 단계적으로 증가하게 되는데 약 10분 후에는 일정하게 되었다. 이것은 아마도 제일 바깥쪽 Octahedral layer 표면의 aluminol group의 부분들이 높은 이온 강도의 전해질 용액중에서 분해되어 복잡한 전기이중층(electric double layer)을 이루고 이것이 전기장 내에서 이동할 때 표면으로부터 counter이온들이 점차 떨어져 나가는 과정에서 전하(net charge)의 변화가 생기는 것으로 생각된다.

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2-Naphthalenesulfonic Acid로 도핑된 혼합카본/폴리피롤을 이용한 Supercapacitor용 전극 (Mixed Carbon/Polypyrrole Electrodes Doped with 2-Naphthalenesulfonic Acid for Supercapacitor)

  • 장인영;강안수
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제43권3호
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    • pp.425-431
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    • 2005
  • 비표면적이 큰 혼합 활성탄과 전도도가 높은 전도성고분자 폴리피롤을 이용하여 낮은 임피던스와 높은 에너지밀도를 가지는 새로운 형태의 슈퍼커패시터를 제조하였다. 전극 활성물질로 활성탄 BP-20과 MSP-20을 사용하였고, 전기 전도도를 높이기 위하여 활성탄에 전도성 개량제 카본블랙(Super P)과 2-naphthalenesulfonic acid(2-NSA)로 도핑된 전도성 고분자 폴리피롤을 첨가하였다. 용액상태의 유기 결합제 poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) [P(VdF-co-HFP)/NMP]에 전극 소재들을 혼합시켜 전극을 제조하였다. 실험 결과 최적의 전극 배합비는 78(MSP-20: BP-20=1 : 1) : 17 (Super P : Ppy=10:7) : 5 [P(VdF-co-HFP)] wt%이었다. 폴리피롤이 7 wt% 첨가된 단위셀의 비정전용량은 28.02 F/g, DC-ESR은 $1.34{\Omega}$, AC-ESR은 $0.36{\Omega}$, 에너지밀도는 19.87 Wh/kg, 동력밀도는 9.77 kW/kg이었다. 500회 충 방전 실험 후 초기 정전용량의 80%를 유지하여 사이클 특성이 우수하였다. 폴리피롤을 첨가함으로써 낮은 내부 저항, 슈도용량(pseudo capacitance)의 발현, 낮은 전하전이저항 및 빠른 반응속도에 의하여 급속한 충 방전이 가능하였다. 그리고 활성탄의 흡탈착에 의한 비패러데이 용량과 폴리피롤의 산화 환원에 의한 슈도용량의 복합현상 때문에 비정전용량이 높게 나타났다.

양극동의 전해정련시 발생된 양극슬라임으로부터 귀금속(Ag, Au) 회수에 대한 연구 (Study on Recovery of Precious Metal (Ag, Au) from Anode Slime Produced by Electro-refining Process of Anode Copper)

  • 김영암;박보건;박재훈;황수현
    • 자원리싸이클링
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    • 제27권6호
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    • pp.23-29
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    • 2018
  • 최근 급속한 경제성장과 기술발달로 전기전자폐기물(WEEE)의 발생량이 꾸준히 증가하고 있으며, 이에 따라, 전기전자폐기물의 처리에 대한 중요성 또한 높아지고 있다. 이중, 인쇄회로기판(PCB)의 경우, 유가금속을 다량 함유하고 있기 때문에 친환경적이고 경제적인 재활용 방법에 관한 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 PCB스크랩으로부터 제조된 양극동의 전해정련 과정에서 발생한 양극슬라임을 활용하여 Ag 및 Au 회수를 위한 실험을 수행하였다. Ag의 경우, 3 M $HNO_3$, 100 g/L, $70^{\circ}C$로 침출하였고, 침전, 알칼리 용해, 환원 방법에 의하여 Ag를 회수하였다. Au의 경우, 양극슬라임의 질산 침출 잔사를 25% Aqua regia (왕수), 200 g/L, $70^{\circ}C$로 침출하였고, pH조정, 이온교환수지 흡착 및 탈착, 환원 방법에 의하여 Au를 회수하였다. 최종적으로 얻어진 Au, Ag의 순도는 99.99%로 확인되었다.

EAF Slag의 해양복토제 활용을 위한$PO_4{^-}-P$ 제거특성에 관한 연구 (A Study on Phosphate Removal Characteristic of EAF Slag for Submarine Cover Material)

  • 김재원;서종범;강민경;김인득;오광중
    • 청정기술
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    • 제16권4호
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    • pp.258-264
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    • 2010
  • 본 연구에서는 제강전기로 슬래그를 해양복토제로 활용하기 위한 인제거 특성실험을 실시하였다. 제강전기로 슬래그의 $PO_4{^-}-P$ 제거 특성에 관한 시험 결과, 슬래그 내의 CaO는 $Ca^{2+}$$OH^-$로 이온화됨에 따라 $PO_4{^-}-P$와 반응하여 HAP를 형성함으로써 용액 중에 존재하는 $PO_4{^-}-P$를 효과적으로 제거하는 것으로 나타났다. 연속반응기를 통한 해수 내 $PO_4{^-}-P$의 지속적인 유업에 대한 제거특성을 확인한 결과, 칼럼 내 $PO_4{^-}-P$ 농도는 반응 3일 이후 급격히 감소하여 10일 이후에는 0.5 ppm 이하로 나타났다. 실제 연안해역의 저질을 이용한 제강전기로 해양복토제 적용실험 결과, 반응 25일 후 $PO_4{^-}-P$ 발생량을 93~98% 저감시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 제강전기로 슬래그를 해양복토제로 활용할 경우 $PO_4{^-}-P$ 제거 및 억제효과가 있으며, 파쇄선별 등 별도의 추가공정 없이 적은 량으로도 사용 가능할 것으로 판단된다.