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제안 방법
- 초청정석탄 제조에는 폴란드 갈탄과 국내 경동탄을 사용하였다. 그리고 원탄을 200 ㎛의 입자크기로 분쇄하여 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)와 혼합하여 마이크로웨이브 반응기에 대기압과 202℃ 조건으로 시간을 5분, 10분, 30분 간격으로 달리하여 추출하였다. 그리고 혼합물을 분리하여 고체형태와 액체형태로 나누고, 여기서 진공오븐을 이용하여 고체는 80℃에서 12시간을 진공건조하고, 액체는 170℃에서 40시간 동안 진공건조 시켜 잔탄(Residue coal)과 초청정석탄(Ash free coal)을 제조하였다.
- 그리고 원탄을 200 ㎛의 입자크기로 분쇄하여 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)와 혼합하여 마이크로웨이브 반응기에 대기압과 202℃ 조건으로 시간을 5분, 10분, 30분 간격으로 달리하여 추출하였다. 그리고 혼합물을 분리하여 고체형태와 액체형태로 나누고, 여기서 진공오븐을 이용하여 고체는 80℃에서 12시간을 진공건조하고, 액체는 170℃에서 40시간 동안 진공건조 시켜 잔탄(Residue coal)과 초청정석탄(Ash free coal)을 제조하였다. 원탄과 제조된 초청정석탄의 수분, 휘발분, 회분 및 고정탄소 등의 공업분석은 LECO 사의 TGA-701을 사용하여 분석하였고, 유기물질의 구조 변화의 정성분석을 위하여 퓨리에 변환 적외선분광기(FTIR)는 Thermal사 Nicolet 6700을 사용하였다.
- 그리고 혼합물을 분리하여 고체형태와 액체형태로 나누고, 여기서 진공오븐을 이용하여 고체는 80℃에서 12시간을 진공건조하고, 액체는 170℃에서 40시간 동안 진공건조 시켜 잔탄(Residue coal)과 초청정석탄(Ash free coal)을 제조하였다. 원탄과 제조된 초청정석탄의 수분, 휘발분, 회분 및 고정탄소 등의 공업분석은 LECO 사의 TGA-701을 사용하여 분석하였고, 유기물질의 구조 변화의 정성분석을 위하여 퓨리에 변환 적외선분광기(FTIR)는 Thermal사 Nicolet 6700을 사용하였다. 또한 열 중량 분석(Thermogravimetric Analysis, TGA)을 위하여 Mettler Toledo의 TGA-DSC를 이용하였고, Rigaku사의 D/MAX 2500H X선 회절분석기(XRD)를 사용하여 결정구조를 분석하였다.
- 원탄과 제조된 초청정석탄의 수분, 휘발분, 회분 및 고정탄소 등의 공업분석은 LECO 사의 TGA-701을 사용하여 분석하였고, 유기물질의 구조 변화의 정성분석을 위하여 퓨리에 변환 적외선분광기(FTIR)는 Thermal사 Nicolet 6700을 사용하였다. 또한 열 중량 분석(Thermogravimetric Analysis, TGA)을 위하여 Mettler Toledo의 TGA-DSC를 이용하였고, Rigaku사의 D/MAX 2500H X선 회절분석기(XRD)를 사용하여 결정구조를 분석하였다.
- Fig. 5는 두 개의 전지에 대해 정상 상태 분극법(Steady-state polarization)으로 측정한 결과이고, 각 전지마다 수소연료(69 mol% H2, 17 mol% CO2, 14 mol% H2O)와 초청정석탄연료(Ash free coal 3 g: Electrolyte 3 g)를 사용하여 평가하였다. 그림에서 윗부분은 초청정석탄 연료에 대한 결과이고, 아랫부분은 수소연료에 관한 결과이다.
- 6은 계단형 전류상승법 (Step-chonopotentiometry)으로 성능을 측정한 결과이다. 수소연료(69 mol% H2, 17 mol% CO2, 14 mol% H2O)와 초청정석탄 연료(Ash free coal 3 g: Electrolyte 3 g)를 사용하여 60초 간격으로 전류밀도를 50 mAcm-2씩 증가시키면서 평가하였다. 그림에서 윗부분은 초청정석탄 연료를 사용한 결과이고 아랫부분은 수소연료를 사용한 결과이다.
- 초청정석탄에 대한 연구 중 갈탄과 무연탄의 초청정석탄에 대한 실험을 진행하였다. 또한 수소를 연료를 사용하는 기존의 용융탄산염형연료전지(MCFC)에 제조된 초청정석탄을 연료로 직접 사용하여 탄소산화거동 실험을 진행하였다.
- 초청정석탄에 대한 연구 중 갈탄과 무연탄의 초청정석탄에 대한 실험을 진행하였다. 또한 수소를 연료를 사용하는 기존의 용융탄산염형연료전지(MCFC)에 제조된 초청정석탄을 연료로 직접 사용하여 탄소산화거동 실험을 진행하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 갈탄과 무연탄에 대해 실험을 진행하였으며, 사용된 석탄은 폴란드 갈탄과 무연탄이었다. 초청정석탄 제조는 AFC 용매추출법을 이용하였고, Microwave가 석탄 용매 추출 시 추출률을 증가시켰다는 연구14)를 토대로 Microwave를 사용하였다.
- 초청정석탄 제조는 AFC 용매추출법을 이용하였고, Microwave가 석탄 용매 추출 시 추출률을 증가시켰다는 연구14)를 토대로 Microwave를 사용하였다. 그리고 초청정석탄의 산화특성을 검토하기 위해 코인 타입의 용융탄산염형 연료전지(MCFC)를 사용하였다.
- 초청정석탄 제조에는 폴란드 갈탄과 국내 경동탄을 사용하였다. 그리고 원탄을 200 ㎛의 입자크기로 분쇄하여 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)와 혼합하여 마이크로웨이브 반응기에 대기압과 202℃ 조건으로 시간을 5분, 10분, 30분 간격으로 달리하여 추출하였다.
- 연료전지의 성능평가를 위해 직경 4 cm 크기의 코인타입의 용융탄산염형 연료전지(MCFC)를 사용하였다15). 850℃ 대기압 조건에서, 다공성 Ni-Al합금 연료극, 다공성 NiO 공기극, LiAlO2의 매트릭스를 사용하였다.
- . 850℃ 대기압 조건에서, 다공성 Ni-Al합금 연료극, 다공성 NiO 공기극, LiAlO2의 매트릭스를 사용하였다. 전해질은 62 mol% Li2CO3와 38 mol% K2CO3를 혼합하여 공급하였다.
- 전해질은 62 mol% Li2CO3와 38 mol% K2CO3를 혼합하여 공급하였다. 실험에 사용한 전극, 분리판 및 매트릭스는 한국전력공사 전력연구원(Korean Electric Power Research Institute)에서 제공되었다.
- 전지 상태를 알아보기 위해 연료극에는 수소연료를 69 mol% H2, 17 mol% CO2, 14 mol% H2O비율의 가스 조성으로 실험을 진행하였고, 고체연료는 초청정석탄 3 g과 전해질 3 g을 혼합한 카트리지 형태였다. 공기극에는 70 mol% Air와 30 mol% CO2 혼합가스를 주입하였다.
- O비율의 가스 조성으로 실험을 진행하였고, 고체연료는 초청정석탄 3 g과 전해질 3 g을 혼합한 카트리지 형태였다. 공기극에는 70 mol% Air와 30 mol% CO2 혼합가스를 주입하였다. 측정은 시간에 따른 개회로전압(Open Circuit Voltage), 부하 전류를 바꿔가면서 부하 전류와 전지 전압의 관계를 측정하는 정상상태 분극법(Steady State Polarization), 60초마다 전류를 계단형(0, 50, 100, 150 mAcm-2)으로 상승시켜 이에 따른 전압완화거동을 측정하는 계단형 전류상승법 (Step-Chronopotentiometry)을 사용하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 갈탄과 무연탄에 대해 실험을 진행하였으며, 사용된 석탄은 폴란드 갈탄과 무연탄이었다. 초청정석탄 제조는 AFC 용매추출법을 이용하였고, Microwave가 석탄 용매 추출 시 추출률을 증가시켰다는 연구14)를 토대로 Microwave를 사용하였다. 그리고 초청정석탄의 산화특성을 검토하기 위해 코인 타입의 용융탄산염형 연료전지(MCFC)를 사용하였다.
- 공기극에는 70 mol% Air와 30 mol% CO2 혼합가스를 주입하였다. 측정은 시간에 따른 개회로전압(Open Circuit Voltage), 부하 전류를 바꿔가면서 부하 전류와 전지 전압의 관계를 측정하는 정상상태 분극법(Steady State Polarization), 60초마다 전류를 계단형(0, 50, 100, 150 mAcm-2)으로 상승시켜 이에 따른 전압완화거동을 측정하는 계단형 전류상승법 (Step-Chronopotentiometry)을 사용하였다.
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