[논문]효율적인 광전기화학적 태양에너지 전환과 저장을 위한 Solar Water Battery의 최적화

고현주; 박이슬

doi:10.7464/ksct.2021.27.1.85

효율적인 광전기화학적 태양에너지 전환과 저장을 위한 Solar Water Battery의 최적화
Optimization of Solar Water Battery for Efficient Photoelectrochemical Solar Energy Conversion and Storage 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.27 no.1, 2021년, pp.85 - 92

고현주 (부경대학교 화학공학과) , 박이슬 (부경대학교 화학공학과)

초록
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태양에너지를 활용하여 전력을 생산하는 시스템인 Solar water battery는 광전기화학전지와 에너지저장시스템을 결합한 것으로 추가적인 외부 전압 없이 태양에너지의 전환과 저장을 동시에 할 수 있다. Solar water battery는 광전극, 저장전극 그리고 상대전극으로 구성되어 있고, 이들의 선택과 조합은 시스템의 성능과 효율에 있어 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 Solar water battery의 구성요소들을 변화시켜 시스템에 미치는 영향을 알고자 하였다. 상대전극이 방전 시 미치는 영향, 광전극과 저장전극의 전극 재료, 전해질의 종류에 따른 태양에너지 전환 효율과 저장 용량에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 이들의 최적화된 구성(TiO2 : NaFe-PB : Pt foil)에서 15시간동안의 광조사 후의 방전 용량이 72.393 mAh g-1으로 시스템 구성 조건에 따라 광전환/저장 효율이 크게 영향을 받음을 확인 할 수 있었다. 또한, 유기 오염물질을 광전극 반응조내 전해질에 첨가하여 광전하를 효율적으로 분리시킴으로써 광전류 증가시켰으며, 이로 인해 저장용량이 향상되고, 동시에 오염물질도 분해시킬 수 있음을 확인하였다. 이처럼 Solar water battery는 추가적인 외부 전압이 필요없는 새로운 친환경 태양에너지 전환/저장 시스템이며, 나아가 수처리에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A solar water battery is a system that generates power using solar energy. It is a combination of photoelectrochemical cells and an energy storage system. It can simultaneously convert and store solar energy without additional external voltage. Solar water batteries consist of photoelectrodes, storage electrodes and counter electrodes, and their properties and combination are important for the performance and the efficiency of the system. In this study, we tried to find the effect that changing the components of solar water batteries has on its system. The effects of the counter electrode during discharge, the kinds of photoelectrode and storage electrode materials, and electrolytes on the solar energy conversion and storage capacitance were studied. The optimized composition (TiO2 : NaFe-PB : Pt foil) exhibited 72.393 mAh g-1 of discharge capacity after 15 h of photocharging. It indicates that the efficiency of solar energy conversion and storage is largely affected by the configuration of the system. Also, the addition of organic pollutants to the chamber of the photoelectrode improved the battery's photo-current and discharge capacity by efficient photoelectron-hole pair separation with simultaneous degradation of organic pollutants. Solar water batteries are a new eco-friendly solar energy conversion and storage system that does not require additional external voltages. It is also expected to be used for water treatment that utilizes solar energy.

주제어

표/그림 (9)

그림 Figure 1. Schematic diagram of solar water battery (PE: photoelectrode, CE: counter electrode, SE: storage electrode).
그림 Figure 2. (a) Discharge graphs after 30 min of photocharge with different type of Pt electrode, (b) Picture of Pt foil, Pt particle coated electrode, and Pt wire, and their exposed geometric area. (PE: TiO₂, SE: WO₃, CE: Pt, 0.1 M Li₂SO₄).
그림 Figure 3. (a) Photocurrent collections during photocharge without external potential bias (SE: WO₃, CE: Pt foil, Electrolyte: 0.1 M Li₂SO₄), (b) bandgap diagrams of photoelectrodes (TiO₂, BiVO₄, CdS) and the intercalation voltage of storage electrode (WO₃).
그림 Figure 4. Effect of hole scavenger (HS) on photocharge (PC) and discharge (DC). (a, c, e) photocurrent collections, (b, d, f) discharge curves in different electrolyte conditions (case 1) PC and DC in Li₂SO₄, (case 2) PC in Li₂SO₄ with HS, DC in Li₂SO₄, (case 3) PC and DC in Li₂SO₄ with HS. (PE: TiO₂, SE: WO₃, CE: Pt foil, [Na₂SO₃] = [KI] = 0.01 M, [4-CP] = 100 μM, [IPA] = 10 vol%, [Li₂SO₄] = 0.1 M).
그림 Figure 5. Characterizations of NaFe-PB. (a, b) SEM, (c) XRD pattern, (d) Elemental analysis.
그림 Figure 6. (a, c) Photocurrent collections during photocharge and (b, d) Discharge specific capacitances with different light irradiation time with different storage electrodes (WO₃, NaFe-PB) and electrolytes ((a, b) Li₂SO₄, (c, d) Na₂SO₄). (PE: TiO₂, CE: Pt foil, [Li₂SO₄] = [Na₂SO₄] = 0.1 M).
그림 Figure 7. (a) Photocurrent collections during photocharge and (inset) cyclic voltammograms with NaFe-PB storage electrode; (b) Discharge curves of NaFe-PB after 15 h of photocharge in Li₂SO₄ and Na₂SO₄ electrolytes. (c) Photocurrent collections during photocharge and (d) discharge curves with different sizes NaFe-PB electrodes in Na₂SO₄ electrolytes. (PE: TiO₂, SE: NaFe-PB, CE: Pt foil, 0.1 M Na₂SO₄).
그림 Figure 8. (a, b) XRD patterns and (c, d) XPS curves (Na 1s, Fe 2p) of NaFe-PB before and after photocharge and discharge.
그림 Figure 9. Photocharge/discharge cycle performance of solar water battery. (PE: TiO₂, SE: NaFe-PB, CE: Pt foil, 0.1 M Na₂SO₄, photocharge time: 1 h).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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