비대칭형 알루미나 나노포어 막을 이용한 역전기투석식 발전 향상에 관한 연구

Abstract

화석연료를 대체하기 위한 신재생에너지에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데 염도차 발전에 대한 관심이 커지고 있다. 그 중 역전기투석식 발전은 막의 성능이 중요한데 현재까지 고체상태의 나노포어 막에 대한 연구보다 폴리머 멤브레인에 대한 연구가 많이 진행되었다. 고체상태의 나노포어 중 하나인 알루미나 나노포어는 높은 포어 밀도와 제작이 용이하다는 장점이 있다. 따라서 본 논문의 목적은 다양한 포어의 직경을 가질 수 있는 비대칭형 AAO막을 이용하여 역전기투석식 발전시스템의 발전 성능 향상을 실험적으로 연구하는 것이다. 역전기투석식 발전시스템에서 막의 역할은 이온을 선택적으로 통과시키는 것이다. 이러한 현상을 수치적으로 나타낸 것이 이온선택성인데, 포어의 직경이 작을수록 이온선택성이 커지게 된다. 하지만 저항도 함께 커지기 때문에 발전 성능이 향상됨을 보장할 수 없다. 그래서 포어의 직경이 큰 층(support layer)위에 포어의 직경이 작은 층(active layer)을 얇게 증착시켜 이온선택성은 증가시키고 저항의 증가량은 최소로 할 수 있을 것이라 기대하고 비대칭형 AAO막을 제작하여 발전 성능을 연구하였다. 실험에 사용된 비대칭형 AAO는 InRedox사에서 제작했고 다양한 농도와 Active layer의 두께, Active layer의 포어 직경에 대해 실험하였다. 기존 일정한 포어의 직경을 가지고 있는 AAO막 대신 비대칭형 AAO막을 이용함으로써 역전기투석식 발전시스템의 발전 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한 역전기투석식 발전 성능을 농도, 두께, 직경 별로 평가하여 최대 발전 밀도의 경향을 제시하고자 한다. 이와 더불어 비대칭형 AAO의 농도에 따른 이온선택성, 저항의 상관식을 제시하고 해당 상관식을 통해 OCV(Open Circuit Voltage), 발전밀도를 계산하여 실험값과 비교하였다.