본 논문은 최근 지구온난화의 심각성을 인지하여, 화석연료의 사용을 줄이기 위한 신재생에너지 소재 연구 및 응용 방안을 제시하고자 한다. 그 중에서 전기화학물 분해 소자를 통한 고 순도의 수소 가스를 얻거나, 에너지 저장 및 변환 시스템이 주목받고 있다. 본 연구에서는 광 전극을 이용하여 광전기화학 물 분해 소재 연구를 통해 태양광에너지를 이용하여 물의 ...
본 논문은 최근 지구온난화의 심각성을 인지하여, 화석연료의 사용을 줄이기 위한 신재생에너지 소재 연구 및 응용 방안을 제시하고자 한다. 그 중에서 전기화학물 분해 소자를 통한 고 순도의 수소 가스를 얻거나, 에너지 저장 및 변환 시스템이 주목받고 있다. 본 연구에서는 광 전극을 이용하여 광전기화학 물 분해 소재 연구를 통해 태양광에너지를 이용하여 물의 전기 분해 전압인 1.23 V보다 낮은 전압에서 물을 효율적으로 분해시키고자 한다. 지구 표면의 70%이상을 차지하고 있는 해수를 이용하여 저렴하고 친환경적 광 전극 소재를 연구에 목적을 두고 있다. 광 전극은 산화물 반도체 기반으로 광부식이 없고, 해수로부터 침식당하지 않는 뛰어난 내화학성을 지닌 TiO2기반을 이용하여 기능성 산화물 반도체 광 전극을 제안하고 자 한다. TiO2를 형성하기 위한 Ti 금속 기판으로는 그물망 형태의 Ti 금속을 이용하여 유연성을 가지며, 여분의 공간으로 인한 전해질의 원활한 흐름 및 표면을 이용 가능한 장점을 가지고 있다. TiO2는 형성시키는 방법에 따라 다양한 형태의 표면을 가지는 산화물을 성장 시킬 수 있다. 본 연구에서는 양극산화법을 이용한 high-regular nanotube TiO2(TNT)를 성장시켜 나노파우더와 나노와이어에 비해 높은 비표면적을 갖는 구조를 형성했다. 가열온도(500℃, 750℃, 850℃, 900℃)에 따른 TNT의 표면변화와 결정상의 변화를 확인하고 해수에서의 광 전기화학적 분석을 실시하고 해수에서의 물 분해와 안정성을 확보했다. 그리고 물의 산화반응을 향상시키기 위한 CdS와 같은 양자점을 광 전극 표면에 증착하여 분석하였고, 물의 환원반응을 향상시키기 위한 방안으로 TiN을 광 전극 표면에 증착하여 광 전기화학적 분석을 실시했다. 실제 사용되고 있는 해수배터리의 음극에 제작한 광 전극 샘플을 이용하여 배터리 측정을 실시했다. 광 전극을 적용한 해수배터리에서는 전압효율이 96%로 기존의 해수배터리의 전압효율(~ 76%)와 비교 시 높은 효율을 나타내고 있다. 광 전극은 충전전압을 낮추는 데는 큰 기여를 하지만, 방전전압을 높이는 것에는 많은 기여를 하지 못해 기존의 해수배터리의 방전전압보다 낮다. 이에 충전과 방전을 분리하여, 충전 시에는 광 전극을 이용하고, 방전 시에는 기존의 해수배터리의 전극을 사용하여 충전과 방전의 효율을 극대화 하였다(전압효율~109%).
본 논문은 최근 지구온난화의 심각성을 인지하여, 화석연료의 사용을 줄이기 위한 신재생에너지 소재 연구 및 응용 방안을 제시하고자 한다. 그 중에서 전기화학 물 분해 소자를 통한 고 순도의 수소 가스를 얻거나, 에너지 저장 및 변환 시스템이 주목받고 있다. 본 연구에서는 광 전극을 이용하여 광전기화학 물 분해 소재 연구를 통해 태양광에너지를 이용하여 물의 전기 분해 전압인 1.23 V보다 낮은 전압에서 물을 효율적으로 분해시키고자 한다. 지구 표면의 70%이상을 차지하고 있는 해수를 이용하여 저렴하고 친환경적 광 전극 소재를 연구에 목적을 두고 있다. 광 전극은 산화물 반도체 기반으로 광부식이 없고, 해수로부터 침식당하지 않는 뛰어난 내화학성을 지닌 TiO2기반을 이용하여 기능성 산화물 반도체 광 전극을 제안하고 자 한다. TiO2를 형성하기 위한 Ti 금속 기판으로는 그물망 형태의 Ti 금속을 이용하여 유연성을 가지며, 여분의 공간으로 인한 전해질의 원활한 흐름 및 표면을 이용 가능한 장점을 가지고 있다. TiO2는 형성시키는 방법에 따라 다양한 형태의 표면을 가지는 산화물을 성장 시킬 수 있다. 본 연구에서는 양극산화법을 이용한 high-regular nanotube TiO2(TNT)를 성장시켜 나노파우더와 나노와이어에 비해 높은 비표면적을 갖는 구조를 형성했다. 가열온도(500℃, 750℃, 850℃, 900℃)에 따른 TNT의 표면변화와 결정상의 변화를 확인하고 해수에서의 광 전기화학적 분석을 실시하고 해수에서의 물 분해와 안정성을 확보했다. 그리고 물의 산화반응을 향상시키기 위한 CdS와 같은 양자점을 광 전극 표면에 증착하여 분석하였고, 물의 환원반응을 향상시키기 위한 방안으로 TiN을 광 전극 표면에 증착하여 광 전기화학적 분석을 실시했다. 실제 사용되고 있는 해수배터리의 음극에 제작한 광 전극 샘플을 이용하여 배터리 측정을 실시했다. 광 전극을 적용한 해수배터리에서는 전압효율이 96%로 기존의 해수배터리의 전압효율(~ 76%)와 비교 시 높은 효율을 나타내고 있다. 광 전극은 충전전압을 낮추는 데는 큰 기여를 하지만, 방전전압을 높이는 것에는 많은 기여를 하지 못해 기존의 해수배터리의 방전전압보다 낮다. 이에 충전과 방전을 분리하여, 충전 시에는 광 전극을 이용하고, 방전 시에는 기존의 해수배터리의 전극을 사용하여 충전과 방전의 효율을 극대화 하였다(전압효율~109%).
Recognizing the seriousness of global warming recently, we present a research and application of renewable energy materials to reduce the use of fossil fuels. Among them, high-purity hydrogen gas is obtained through electrochemical water decomposition elements, or energy storage and conversion syste...
Recognizing the seriousness of global warming recently, we present a research and application of renewable energy materials to reduce the use of fossil fuels. Among them, high-purity hydrogen gas is obtained through electrochemical water decomposition elements, or energy storage and conversion systems are attracting attention. In this study, photoelectrochemical water-splitting material research using photoelectrode is used to efficiently decompose water at a voltage lower than 1.23 V, which is the electrolysis voltage of water using solar energy. It aims to research low-cost and eco-friendly photoelectrode material using seawater that occupies more than 70% of the earth's surface. The photoelectrode is based on an oxide semiconductor and proposes a functional oxide semiconductor photoelectrode using a TiO2 base having excellent chemical resistance, which does not have photo corrosion and is not eroded from seawater. The Ti metal substrate for forming TiO2 has the advantage of having flexibility by using a Ti metal in the form of a mesh and has the advantage of allowing the smooth flow of the electrolyte and the surface due to the extra space. TiO2 can grow an oxide having various types of surfaces depending on the method of formation. In this study, high-regular nanotube TiO2 (TNT) was grown using anodization to form a structure with a higher specific surface area than nanopowder and nanowire. The surface changes and crystal phases of TNTs were determined according to heating temperatures (500 ℃, 750 ℃, 850 ℃, and 900 ℃), and photoelectrochemical analysis in seawater was performed to ensure water decomposition and stability in seawater. Quantum dots such as CdS to improve the oxidation reaction of water were deposited on the surface of the photoelectrode, and TiN was deposited on the surface of the photoelectrode to improve the reduction of water. The battery measurement was performed using the photoelectrode sample produced in the negative electrode of the seawater battery currently used. In the seawater battery using photoelectrode, the voltage efficiency is 96%, which is higher than that of the existing seawater battery (~ 76%). The photoelectrode contributes to lowering the charging voltage but does not contribute much to increase the discharge voltage, which is lower than that of the conventional seawater battery. The charging and discharging were separated, and the photoelectrode was used for charging, and the electrodes of the seawater battery were used for discharging to maximize the charging and discharging efficiency (voltage efficiency ~ 109%).
Recognizing the seriousness of global warming recently, we present a research and application of renewable energy materials to reduce the use of fossil fuels. Among them, high-purity hydrogen gas is obtained through electrochemical water decomposition elements, or energy storage and conversion systems are attracting attention. In this study, photoelectrochemical water-splitting material research using photoelectrode is used to efficiently decompose water at a voltage lower than 1.23 V, which is the electrolysis voltage of water using solar energy. It aims to research low-cost and eco-friendly photoelectrode material using seawater that occupies more than 70% of the earth's surface. The photoelectrode is based on an oxide semiconductor and proposes a functional oxide semiconductor photoelectrode using a TiO2 base having excellent chemical resistance, which does not have photo corrosion and is not eroded from seawater. The Ti metal substrate for forming TiO2 has the advantage of having flexibility by using a Ti metal in the form of a mesh and has the advantage of allowing the smooth flow of the electrolyte and the surface due to the extra space. TiO2 can grow an oxide having various types of surfaces depending on the method of formation. In this study, high-regular nanotube TiO2 (TNT) was grown using anodization to form a structure with a higher specific surface area than nanopowder and nanowire. The surface changes and crystal phases of TNTs were determined according to heating temperatures (500 ℃, 750 ℃, 850 ℃, and 900 ℃), and photoelectrochemical analysis in seawater was performed to ensure water decomposition and stability in seawater. Quantum dots such as CdS to improve the oxidation reaction of water were deposited on the surface of the photoelectrode, and TiN was deposited on the surface of the photoelectrode to improve the reduction of water. The battery measurement was performed using the photoelectrode sample produced in the negative electrode of the seawater battery currently used. In the seawater battery using photoelectrode, the voltage efficiency is 96%, which is higher than that of the existing seawater battery (~ 76%). The photoelectrode contributes to lowering the charging voltage but does not contribute much to increase the discharge voltage, which is lower than that of the conventional seawater battery. The charging and discharging were separated, and the photoelectrode was used for charging, and the electrodes of the seawater battery were used for discharging to maximize the charging and discharging efficiency (voltage efficiency ~ 109%).
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