본 연구에서는 막축전식 탈염(membrane capacitive deionization, MCDI) 공정용 음이온교환막의 제조를 위하여 vinylbenzyl chloride-co-ethyl methacrylate-co-styrene(VBC-EMA-St) 공중합체를 합성하였으며, 아민화 반응과 열처리를 통하여 음이온교환막을 제조하였다. 구조확인을 위하여 FTIR 분석을 하였고, GPC와 TGA를 통하여 합성한 고분자의 분자량과 분자분포, 열안정성을 분석하였으며, 함수율 및 이온교환용량을 측정하였다. 또한 LCR meter로 전기저항을 측정하고, MCDI 공정에 적용하기 위하여 제조한 음이온교환막을 충방전 시험 측정하였다. 이온교환용량, 함수율, 전기저항, 분자량은 각각 1.69 meq/g, 23.7%, 1.61 ${\Omega}{\cdot}cm$, $3.4{\times}10^4$ g/mol이었으며, CDI 충방전 시험 결과 상용화막인 AMX보다 우수한 성능을 나타내었다.
톨루엔에 녹인 부틸고무 용액을 탄소가루의 결합재로 사용하였을 때, 탄소반죽은 용매 증발 후 기계적 경도를 보였다. 고무 용액의 이런 성질을 이용하여 닭의 간조직이 혼입된 새로운 과산화수소 정량 효소전극을 제조하였다. 그것이 전기화학적으로 정량적 행동을 보이는지 확인하기 위하여 그것의 전기화학적 파라메타 즉 이중층의 대칭인자, 교환전류밀도, 축전용량, Michaelis 상수 및 시간상수 등을 도출하였다. 실험 결과는 부틸고무 용액이 탄소가루의 결합재로 활용될 수 있음을 보여 주었다.
일반적으로 중금속이나 질산성 질소와 같은 이온성 물질들은 사람의 건강이나 생태계에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 이들 오염물질들은 그 종류에 따라 건강에 피해를 주는 정도에 차이가 있지만 안전한 생태환경을 유지하기 위해서는 이들 물질들을 효과적으로 처리할 수 있는 필터가 필요하다. 전극 필터에 최대한 많은 이온들을 흡착시키기 위해서는 전극의 비표면적을 높이는 것이 매우 중요하다. Metal Fiber Filter의 제작과 제작된 Filter의 전기적 특성과 비표면적 향상, 고정성 및 통전성, 축전용량과 전기흡착 및 탈착 경향을 관찰하기 위해 3전극 시스템을 이용하여 Cyclic Voltammetry(CV)와 Chrono-amperometry(CA)를 측정하고 표면의 기공 구조를 관찰하기 위해 주사전자현미경 (SEM;Scanning Electron Microscope)을 이용하여 전극에 생성된 미세 기공의 크기 및 크기 분포를 측정한다. 또한 제작된 Filter 전극을 이용하여 전기장 하에서 수질 속에 있는 질산성이온의 선택적 제거 효율을 측정하여 보고, 측정된 데이터 값을 통해 Metal Fiber Filter의 전기적 특성과 중금속이나 질산성 이온 물질들을 선택적으로 제거할 수 있는 Filter 전극 설계 근거를 제시하고자 한다.
톨루엔에 녹인 폴리부타디엔을 탄소가루의 결합재로 사용하였을 때, 탄소반죽은 전극 제작 후 용매 증발에 의하여 기계적 물성을 보였으며, 이 성질은 탄소반죽전극 실용화의 선행조건을 충족시키는 것이었다. 부타디엔 고무를 결합재로 사용하여 새로운 효소전극을 제작하고, 그것이 정량적인 전기화학적 행동을 보이는지 확인하기 위하여 여러 가지 전기화학 속도론적 파라메터 즉 대칭인자, 교환전류밀도, 이중층의 축전용량, 시간상수, 최대전류, Michaelis 상수 등을 구하였다. 이 결과들은 부타디엔 고무가 탄소반죽전극 실용화에 추천할 만한 위한 결합재임을 보여 주는 것이었다.
Impedance Spectroscopy를 통하여 조밀한 표면조직을 갖는 glassy carbon과 PVDF 합성흑연의 표면에 대한 전기화학적 거동을 조사하였다. 이들 두 탄소재료는 모두 전압에 대한 높은 Faraday-임피던스의존성이 나타났으며, 이를 평가하기 위한 등가회로는 PVDF 흑연의 경우 lassy carbon의 등가회로에 소수성 결합제에 의한 저항과 축전용량이 추가된 형태로 나타났다. 또한 디들 재료는 표면의 차이로 인한 전기화학적 거동의 차이도 나타났다.
반응시간을 변화시키면서 poly(ether ether ketone) (PEEK)을 황산과 반응시켜 술폰화도가 다른 sulfonated PEEK (SPEEK)를 합성하였다. 제조한 SPEEK를 탄소전극 표면에 코팅하여 이온선택성 복합탄소전극(ion-selective composite carbon electrode, ISCCE)을 제조하였다. 임피던스 분석을 통해 제조한 ISCCE의 비정전용량과 전기저항을 측정하였다. 술폰화 반응 시간에 따라 SPEEK의 이온교환용량은 1.60~2.57 meq/g으로 측정되었다. 그러나 이온교환용량이 2.5 meq/g 이상에서는 SPEEK가 일부 물에 용해되어 ISCCE 제조에 부적합하였다. ISCCE에 대한 정전용량을 측정한 결과 코팅된 SPEEK의 이온교환용량이 증가함에 따라 정전용량도 증가하였으며 코팅하지 않은 탄소전극에 비해 최대 20%까지 향상되었다. 또한 코팅층의 전기저항은 SPEEK의 이온교환용량이 증가함에 따라 크게 감소하였다. 따라서 SPEEK가 코팅된 ISCCE를 이용하여 기존 축전식 탈염(capacitive deionization, CDI) 공정의 탈염효율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 에너지 밀도가 큰 초고용량 캐패시터를 제작하기 위한 기초 연구로서 활성탄소섬유의 물성과 유기 전해질의 특성이 초고용량 캐패시터의 전기화학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 유기성 전해질의 경우는 이온의 크기가 수용성 전해질 보다 훨씬 크기 때문에 탄소전극의 세공크기에 많은 영향을 받으며, 용량을 발현할 수 있는 유효세공의 크기가 커야 한다는 것을 알 수 있었다. 혼합용매를 이용한 전해액의 조성은 큰 비축전용량과 빠른 충전속도, 그리고 낮은 ESR 및 방전전류의 세기에 대한 높은 비축전용량 유지성 등의 우수한 충방전 특성을 나타내는 것을 알 수 있었고, 전해질의 높은 이온전도도가 용량발현 및 자가방전 특성에 큰기여를 하고 있으며, 전해질 이온의 크기는 충전속도에 많은 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
우리나라 전기자동차의 잠재 전력수요는 최대부하 측면에서 분석해보면 2008년말 현재 우리나라 자동차 16,794,287대를 전력부하로 환산해보면 1,887,017MW로서 우리나라 발전용량(70,353MW)의 약27배로 나타난다. 다행히도 전기자동차는 비동시 부하이며 최대부하로 충전하지는 않으므로 동시에 그만한 최대전력수요가 필요한 것은 아니다. 그러므로 연간 공급가능한 전기에너지(GWh)를 밸리 필링(Vally Filling;여유 심야전력) 전력량으로 구해보면 약 50,151GWh/년이고, 전기자동차의 에너지 필요용량을 계산해보면 46,587GWh/년이 된다. 이 결과는 전기자동차용 에너지양이 기설 발전설비로 공급가능한 밸리 필링 전력량의 93%로서 전기자동차의 수요를 적당한 시간대로 유도하면 현재의 발전설비 용량으로도 전기자동차에 에너지 공급이 가능하다는 것을 의미한다. 그러나 수도권의 자동차가 45.9%를 차지하고 있어 향후 수도권의 전력공급을 위한 전력 수송의 병목현상인 북상조류의 문제는 심화될 위험이 있다. 하지만 전기자동차의 축전지를 계통에 연계하여 분산전원으로 운영한다면 계통의 피크전력과 예비전력, 주파수 조정 등에 이점을 가져올 수도 있을 것이다.
When a micro hole is machined by EDM with a cylindrical electrode, the hole diameter is different at the inlet and the outlet of the micro hole. The taper shape of the micro hole is caused by not only wear of the electrode but the eroded particles. The eroded particles cause secondary discharge during machining the micro hole. As a result, the diameter of the inlet becomes larger than that of the outlet. In this paper, a new method is proposed to reduce the difference in diameter between the inlet and the outlet of the hole. Observed was that the feed depth and machining time affect the formation of taper shape On this experimental basis, ultrasonic vibration was applied to reduce machining time, and capacitance was changed during machining to use the difference in discharging energy of different capacitances. Using the proposed method, a straight micro-hole was fabricated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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