초록 ▼

■ 연구 개요
- 해수와 담수의 염도차이를 이용한 역전기 투석식 발전은 친환경적이고 지속가능한 발전 방법임.
- 기존 역전기투석 발전은 폴리머 이온교환막이 가격에 비해 성능이 낮아 발전 단가가 높음
- 나노채널 이온교환막은 폴리머 이온교환막보다 성능이 10배 이상 좋음
- 이에 본 과제에서는 해수와 담수의 염도차이를 에너지원으로 하는 나노채널 이온교환막을 이용한 발전시스템을 개발함

■ 연차별 연구 수행 내용 및 결과
목표 :
역전기투석에 사용될 수 있는 내부나노채널을 가지는 박막 제조

■ 연구 개요
- 해수와 담수의 염도차이를 이용한 역전기 투석식 발전은 친환경적이고 지속가능한 발전 방법임.
- 기존 역전기투석 발전은 폴리머 이온교환막이 가격에 비해 성능이 낮아 발전 단가가 높음
- 나노채널 이온교환막은 폴리머 이온교환막보다 성능이 10배 이상 좋음
- 이에 본 과제에서는 해수와 담수의 염도차이를 에너지원으로 하는 나노채널 이온교환막을 이용한 발전시스템을 개발함

■ 연차별 연구 수행 내용 및 결과
목표 :
역전기투석에 사용될 수 있는 내부나노채널을 가지는 박막 제조 및 표면 처리를 통한 박막의 발전 성능 향상(1,2차년도)
연구내용 :
▪ 박막 제조
- 전기화학적 방식으로 나노채널을 가지는 Al₂O₃박막 제조
- 제작된 박막의 발전량 및 발전 효율 평가
- 제작된 박막의 발전량 : 16nW
▪ 표면 처리
1) Amino Silane 코팅
- 코팅된 박막은 음이온을 선택적으로 투과하며 발전량은 542nW 임
2) Silica 코팅
- 코팅된 박막은 양이온을 선택적으로 투과하며 발전량은 71nW 임

목표 :
내부나노채널을 가지는 막의 특성해석모델 개발 및 막 내부구조 형상 및 두께 최적화(3차년도)
연구내용 :
▪ 특성 해석 모델 개발
- Continuity Equation, Navier-Stokes Equation, Nernst-Plank Equation, Poisson Equation을 풀이하여 나노채널 내의 농도장, 전기장, 속도장 계산
▪ 나노채널 최적화
- 최대 발전량을 가지는 나노채널의 최적 길이 도출
- 최적 길이: L_opt ≈exp(1-17.19(c_H/1mM)^-0.112-31.5(c_L/1mM)^0.0229))m
- 최적화시 나노채널의 최대발전량:　1.6kW/㎡

목표 :
개발된 막을 이용한 역전기투석발전기 시제품 제작(4,5차년도)
연구내용 :
▪ 역전기투석발전기 해석모델 개발
- Current Continuity Equation, Convective Diffusion Equation,Continuity Equation, Navier-Stokes Equation 이용 발전기 성능 최적화
- 막저항 3Ωc㎡, 유로 간격 0.1mm, 유속 0.123m/s 일 때 발전기 최대 발전량은 11.6 W/㎡ 임.
▪ 역전기투석발전기 시제품 제작
- 이온 선택성이 있는 Gel이 삽입된 나노 채널을 이용한 양이온 교환막과 음이온 교환막이 연속된 Stack 형태의 시제품 개발
- Stack 실험 최대 발전량: 2.3uW, 12mW/㎡