전기용량적 탈이온 공정을 위한 다공정 탄소에어로젤-실리카젤 복합전극

Abstract

심각해지는 물 부족 문제를 해결하기 위한 방법의 하나로서 알려진 전기화학적으로 이온을 흡착시켜 제거시키는 capacitive deionization(CDI) 공정용 전극으로 탄소에어로젤에 실리카젤이 첨가된 다공성 탄소에어로젤 복합전극을 사용하여 1,000 ppm NaCl 수용액에서 10회와 100회 동안 사이클을 변화시켜 탈염과 재생 특성에 대한 충전과 방전 시 시간에 따른 전류변화, 사이클에 대한 전하량 변화, 방전 비전하량 그리고 충-방전 효율을 조사하였다. Paste rolling법으로 제조된 탄소에어로젤 복합전극은 반응진행에 대한 전극 활물질의 탈락이 없이 전극의 성형성이 크게 향상되었고, 전극시트 제조시간을 50% 이상 단축시킬 수 있었다. 10분동안 충전과 방전으로 10회 사이클까지의 전하량 결과를 살펴보면, 50 wt.%의 실리카젤이 첨가된 C 복합전극의 평균 충전 전하량이 0.364 [A·min.]로 실리카젤이 첨가되지 않은 A (0.354 [A·min.]) 전극에 비해 3% 증가하였으며, 평균 방전 전하량은 0.146 [A·min.]으로 7% 증가하였다. 또한 평균 방전 비전하량의 경우, 복합전극의 경우에서 0.824(type B), 0.973(type C), 0.785 [(A·min.)/g](type D)를 나타내어 0.680 [(A·min.)/g]인 A 전극보다 우수하였다. 5분동안 충전과 방전으로 100회 사이클까지 평균 충전 전하량을 보면 25 wt.%의 실리카젤이 첨가된 B 복합전극은 0.158 [A·min.], C 복합전극은 0.169 [A·min.]으로 A 전극(0.179 [A·min.])에 비해 각각 6%, 14% 증가하였으며, 또한 평균 방전 전하량도 각각 9%, 21% 증가하여 복합전극의 전하량 특성이 매우 우수하였다. 100회 사이클이 진행될수록 A 전극의 평균 방전 비전하량인 0.510 [(A·min.)/g]에 비해 B와 C 복합전극은 각각 0.653 [(A·min.)/g]와 0.827 [(A·min.)/g]로 28%와 62%가 향상되어 매우 우수하였다. 100회 사이클까지의 충-방전 효율은 사이클이 진행되면서 70% 이상으로 안정하게 유지하였고, 100회 사이클에서는 B 복합전극이 72.3%, C 복합전극이 74.0%로 A 전극(63.1%)보다 10%이상 우수한 충-방전 효율을 나타내었다.