비대칭형 알루미나 나노포어 막을 이용한 역전기투석식 발전 향상에 관한 연구
Improvement of reverse electrodialysis cells based on asymmetric alumina nanopore for electrical power generation from salinity gradient
- 주제(키워드) Reverse electrodialysis(역전기투석) , Anodic aluminum oxide(양극산화알루미늄) , Power density(발전밀도) , Energy harvesting(에너지수확) , Salinity gradient(농도차)
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김동권
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 공학계열
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000028469
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
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.
more초록/요약
Research on renewable energy to replace fossil fuels is actively being carried out, and interest in salinity gradient power generation is increasing. Among them, reverse electrodialysis power generation is important for the performance of membranes. Up to now, research on polymer membranes has been carried out more than research on nanopore membranes. One of the nanopores, alumina nanopores, has the advantages of high pore density and easy fabrication. Therefore, the purpose of this paper is to experimentally investigate the improvement of power generation performance of reverse electrodialysis power generation system using asymmetric AAO membrane which can have various pore diameters. The role of the membrane in a reverse electrodialysis power generation system is to selectively pass ions. This phenomenon is numerically represented by transference number. The smaller pore diameter, the greater transference number. However, since the resistance also increases, the power generation performance can’t be guaranteed to be improved. Therefore, it is expected that the active layer which is smaller in pore size is thinly deposited on the support layer with a large diameter of the pore, thereby increasing the transference number and minimizing the increase of the resistance. Asymmetric AAO membrane was fabricated and power generation performance was studied. The asymmetric AAO used in this experiment was manufactured by InRedox, and various concentrations, active layer thicknesses, and pore diameters of active layers were tested. It is expected that the generation performance of the reverse electrodialysis power generation system can be improved by using the asymmetric AAO membrane instead of the symmetric AAO membrane. Also, the tendency of maximum power generation density is suggested by evaluating reverse electrodialysis power generation performance by concentration, thickness, and diameter. In addition, correlation of transference number and resistance according to concentration is presented, and OCV (Open Circuit Voltage) and power density are calculated and compared with the experimental values.
more목차
제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 역전기투석식 발전 3
제 3 절 연구 동향 5
제 4 절 연구 목적 및 범위 7
제 2 장 실험 장치 및 방법 9
제 1 절 염화나트륨(NaCl) 수용액 제조 9
제 2 절 은/염화은(Ag/AgCl) 전극 제작 9
제 3 절 비대칭형 AAO (Asymmetric AAO) 11
제 4 절 실험 장치 13
1. 아크릴 reservoir 13
2. Stirrers 15
3. Source meter 16
4. 오븐 18
5. Hot plate stirrer 19
6. 증류수 제조기 20
제 5 절 실험 방법 21
제 6 절 실험 조건 24
제 3 장 실험 결과 및 토의 26
제 1 절 실험 결과 26
1. 대칭형 AAO 26
2. 비대칭형 AAO (Pore diameter : 2nm, Activer layer thickness : 1μm) 36
3. 비대칭형 AAO (Pore diameter : 2nm, Activer layer thickness : 2μm) 49
4. 비대칭형 AAO (Pore diameter : 5nm, Activer layer thickness : 1μm) 60
5. 비대칭형 AAO (Pore diameter : 10nm, Activer layer thickness : 1μm) 71
제 2 절 실험 결과 비교 82
1. 대칭형 AAO와 비대칭형 AAO 결과 비교 82
2. 비대칭형 AAO - Thickness of active layer 결과 비교 89
3. 비대칭형 AAO - Pore diameter of active layer 결과 비교 91
제 4 장 결론 93
참고 문헌 95
