초록 ▼

본 연구의 목적은 Supercapacitor와 같은 고밀도 전력저장이나 전기흡착에 의한 탈염 또는 정수처리와 같은 첨단 에너지저장 및 전기화학적 물질 분리를 위한 탄소전극소재로써 고비표면적($BET3,000m^{2}/g$) 활성탄소 분말의 연속 제조공정을 국산화 개발하는데 있다. 특히 전체 제조공정중 4-5시간의 장시간 회분반응 및 냉각에 따른 다량의 에너지소비는 물론 반응물질인 강알카리성 금속화합물에 의한 장치의 고온부식, 반응생성물의분석 괴상화에 따른 생산공정의 연속화에 어려움이 있는 기존의 전도성 가열방식의

본 연구의 목적은 Supercapacitor와 같은 고밀도 전력저장이나 전기흡착에 의한 탈염 또는 정수처리와 같은 첨단 에너지저장 및 전기화학적 물질 분리를 위한 탄소전극소재로써 고비표면적($BET3,000m^{2}/g$) 활성탄소 분말의 연속 제조공정을 국산화 개발하는데 있다. 특히 전체 제조공정중 4-5시간의 장시간 회분반응 및 냉각에 따른 다량의 에너지소비는 물론 반응물질인 강알카리성 금속화합물에 의한 장치의 고온부식, 반응생성물의분석 괴상화에 따른 생산공정의 연속화에 어려움이 있는 기존의 전도성 가열방식의 고온 약품활성화공정을 대체할 새로운 마이크로파 반응기술을 개발하였다.
연구개발결과, 최적의 탄소전극소재의 원료물질로는 왕겨와 Pitch계 탄소 물질이었고, 이들은 마이크로파 입사전력 약 700W, 반응시간 약 20분에서 BET 비표면적 $3,180m^{2}/g$, 세공부피 2.5cc/g로 현재 수입되고 있는 상용 탄소전극 소재특성보다 우수하였다. 이러한 기초연구 결과를 토대로 기존 의 열공정과 수치해석을 통해 설계된 5kW급 회전형 마이크로파공정을 조합한 최적의 Hybrid 활성반응공정을 도출하였고, 이의 Scale-up설계 $\cdot$ 제작과 이와 연계된 단위장치들을 동시에 개발함으로써 전체 제조공정에 대한 Pilot Plant시험운전을 완료하였다.

Abstract ▼

The main objective of this work is to develop the continuous manufacturing process of a very high porous activated carbon(HiPAC; >BET3,000m2/g) as advanced carbon electrodes, which are used for a high density power storage system such as a supercapacitor or a electrochemical separation system such a

The main objective of this work is to develop the continuous manufacturing process of a very high porous activated carbon(HiPAC; >BET3,000m2/g) as advanced carbon electrodes, which are used for a high density power storage system such as a supercapacitor or a electrochemical separation system such as seawater desalination and water purification by electrosorptive method. We especially developed the new microwave pyro-activation process as the alternative technology of a conventional thermal process of which the problems are very low energy efficiency by the iteration of a high temperature batch reaction for a long time(4-5hrs) and water cooling, the high temperature corrosion of equipments by a strong alkali compounds, and the cementation of carbon product. As the results of a new microwave pyro-activation experiments, we have obtained a porous activated carbons with an excellent properties (BET surface area 3,180m2/g, porosity 2.5cc/g) at the microwave incident power of 700W and the very short reaction time of a 20min. Finally, based on these results, we have developed the 5kW pilot plant for the continuous production of HiPAC sample by the combination of a thermal and microwave reaction technology.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 에너지 자원기술개발사업 최종보고서 초록...3
• 요약문...4
• 목차...7
• 그림목차..9
• 표목차...11
• 제 1 장 서론...12
• 제 2 장 활성탄 제조 및 마이크로파 가열이론...14
• 제 1 절 활성탄 제조 이론...14
• 1. 활성탄 제조의 기초...14
• 2. 활성탄 제조공정 기술...20
• 제 2 절 마이크로파 가열원리 및 응용 특성...32
• 1. 마이크로파 기초특성...32
• 2. 마이크로파 가열원리 및 장치...32
• 3. 마이크로파 응용특성...36
• 제 3 장 회분식 마이크로파 고온 활성반응실험...38
• 제 1 절 시료의 준비...38
• 1. 원료의 선정...38
• 2. 시료의 탄화...42
• 제 2 절 기존 가열반응실험...45
• 제 3 절 회분식 마이크로파 반응실험...48
• 1. 실험장치...48
• 2. 실험방법...49
• 3. 결과 및 고찰...52
• 제 4 장 5kW급 연속 마이크로파 고온활성반응 장치개발...59
• 제 1 절 마이크로파 반응장치의 온도분포 모델링...59
• 1. 수직형 이동층 반응기...59
• 2. 회전형 이동층 반응기...76
• 제 2 절 연속 마이크로파 반응장치의 설계 및 제작...80
• 1. 수직형 이동층 반응장치...80
• 2. 회전형 이동층 반응장치...84
• 제 5 장 Hybrid 연속활성반응 및 Pilot Plant 운전시험...88
• 제 1 절 연속활성반응 운전시험...88
• 1. 장치의 구성...88
• 2. 장치의 운전...89
• 3. 부속 장치 실험...93
• 제 2 절 운전결과 및 고찰...97
• 1. 주요장치 운전결과...97
• 2. 부속장치 운전결과...100
• 제 6 장 종합결론...102
• 참고문헌...104