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탄소 중립-제로를 향한 H₂ 및 유용한 화학 물질 생산을 통한 고효율 금속-CO₂ 시스템
김건태(Guntae Kim),양예진(Yejin Yang),김정원(Jeongwon Kim),표세원(Sewon Pyo) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
대기 중 이산화탄소 (CO2)는 산업 기간 동안 278에서 415ppm으로 증가했으며 기후 변화에 중대한 영향을 미쳤습니다. 이러한 위기에 대응하여 탄소 포집, 활용 및 저장/격리 (CCUS) 기술이 연구되었습니다. 그러나 지금까지 기존 전환 기술의 경제성은 부진한 CO2 전환으로 인해 여전히 불충분합니다. 여기에서 우리는 전기 에너지와 수소 (H2)를 생성하기 위해 수용액에서 CO2의 자발적인 용해로 인한 산성도를 활용하는 수계 아연-, 알루미늄-및 마그네슘-CO2 시스템을 보고합니다. 이 시스템은 알칼리 및 중성 조건 하에서 전형적인 HER 와 비교하여 0.4V 만큼 양의 변화된 수소 발생 반응 (HER) 개시 전위를 가지며 34mV dec-의 낮은 Tafel 기울기로 HER 반응을 용이하게 합니다. Al-CO2 시스템의 최대 전력 밀도는 125mW cm<sup>-2</sup> 로 CO2 활용 전기 화학 시스템 중 가장 높은 값입니다. 이론적으로는 10kW 규모의 금속 -CO2 시스템에서 10,000L (약 1kg H2)의 수소 (H2) 가스를 생산할 수 있고 각각 시간당 30kg의 CO2를 제거할 수 있습니다. Atmospheric carbon dioxide (CO2) has increased from 278 to 415 parts per million (ppm) over the industrial period and has critically impacted climate change. In response to this crisis, carbon capture, utilization, and storage/sequestration (CCUS) technologies have been studied. So far, however, the economic feasibility of the existing conversion technologies is still inadequate owing to sluggish CO2 conversion. Herein, we report an aqueous zinc–, aluminum–, and Mg-CO2 system that utilizes acidity from spontaneous dissolution of CO2 in aqueous solution to generate electrical energy and hydrogen (H2). The system has a positively shifted onset potential of hydrogen evolution reaction (HER) by 0.4 V compared to a typical HER under alkaline conditions and facile HER kinetics with low Tafel slope of 34 mV dec-1. The Al–CO2 system has a maximum power density of 125 mW cm<sup>-2</sup> which is the highest value among CO2 utilization electrochemical system. Theoretically, in 10 kW-scale metal-CO2 system, the 10,000 L (about 1 kg H2) of hydrogen (H2) gas could be produced and 30 kg of CO2 could be removed per hour, respectively.
고체산화물 연료전지와 양성자 전도성 세라믹 물질의 응용
정동휘(Donghwi Jeong),김건태(Guntae Kim) 한국세라믹학회 2018 세라미스트 Vol.21 No.4
Solid oxide fuel cells (SOFCs) are promising eco-friendly energy conversion system due to their high efficiency, low pollutant emission and fuel flexibility. High operating temperatures, however, leads to the crucial drawbacks such as incompatibility between the components and high thermal stress. Proton-conducting ceramic fuel cells (PCFCs) with proton-conducting oxide (PCO) materials are new types of fuel cells that can solve the problems of conventional SOFCs. Many studies have been proceeded to improve the performance of electrolytes and electrodes, and triple conductive oxides (TCOs) have attracted significant attention as high performance PCFC electrodes.
Electrochemical Performance Analysis of Heat Treatment of Metal-Air Battery
장익황(Ikwhang Chang),박노근(Nokeun Park),김건태(Guntae Kim) Korean Society for Precision Engineering 2018 한국정밀공학회지 Vol.35 No.12
The objective of this study was to investigate the effect of heat treatment on electrochemical performance of aluminum (Al)-air battery. We prepared a pure Al and an annealed Al under an annealing environment [a mixture gas of Ar (97%) and H2 (3%)] of 400°C for 1 hr. Based on electron backscatter diffraction analysis of Al at the anode, the relative misorientation of the pristine Al was higher than that of the annealed Al. Electrochemical performances of the pristine Al-air and the annealed Al-air were also compared. The annealed Al-air battery showed slightly higher power density than the pristine Alair battery. These results suggest that annealing with heat treatment is an important process to improve the electrochemical performance of aluminum-air battery.