<학술논문> DOI http://dx.doi.org/10.3795/KSME-B.2016.40.11.697 ISSN 1226-4881(P rin t) 2288-5324(Online)
석탄 산처리에 따른 연료의 표면 물성 변화와 직접탄소 이용 연료전지 성능 간의 상관관계 분석
김동헌* · 엄성용* · 최경민* · 김덕줄*
* 부산대학교 기계공학부
Correlation Between Surface Properties of Fuel and Performance of Direct Carbon Fuel Cell by Acid Treatment
Dong Heon Kim*, Seong Yong Eom*, Gyung Min Choi* and Duck Jool Kim*
* Dept. of Mechanical Engineering, Pusan, Nat’l Univ.
(Received May 10, 2016 ; Revised August 18, 2016 ; Accepted August 24, 2016)
Key Words : Direct Carbon Fuel Cell(직접탄소 연료전지), Treatment of Coal(석탄 처리), Electrochemical Reaction(전기화학 반응), Fuel Property(연료의 특성)
초록: 본 논문에서는 역청탄인 Glencore 탄을 염산과 질산수용액을 이용하여 산 처리하고 원탄과 산 처 리 된 석탄의 물리, 화학적 비교분석과 직접탄소 이용 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)의 성능 비교 분석을 수행하였다. 석탄의 물성들을 분석하기 위해 열중량 분석과 가스 흡착법, X선 광전자 분광 법을 수행하였다. 열중량 분석을 통해 연료의 열적 반응성이 증가하였음을 알 수 있었고, 가스 흡착법 결과로 기공의 평균지름은 변화가 없었지만 표면적은 감소함을 알 수 있었다. X선 광전자 분광법에서 는 HNO3 처리의 경우 가장 높은 산소/탄소 비율을 보였고, 이를 통해 다양한 표면 산소작용기가 증가 한 것을 확인하였다. 연료의 표면 물성과 전기화학 성능을 비교한 결과, 표면의 산소 성분의 변화가 DCFC의 성능 향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
Abstract: Coal modified by acid treatment was investigated to analyze the correlation between the cell performance and electrochemical parameters in a direct carbon fuel cell (DCFC). The fuels were subjected to thermogravimetry analysis, gas adsorption test, and X-ray photoelectron spectroscopy to investigate the fuel properties and surface characteristics. After the treatment of raw coal, the thermal reactivity of the treated fuels increased, and the specific surface area decreased, though the mean pore diameters of three fuels were similar.
The coal treated by HNO3 showed the highest ratio of oxygen to carbon, and also an increase in the surface oxygen groups on the fuel surface. Through comparison between the fuel surface properties and electrochemical performance, it was confirmed that the surface oxygen groups have an influence on the improvement in the DCFC performance.
Corresponding Author, [email protected]
Ⓒ 2016 The Korean Society of Mechanical Engineers - 기호설명 -
: 전위[V]
: 표준전위[V]
: 반응참여 전자 수
: 패러데이 상수[C/mol]
: 기체상수[J/(mol·K)]
: 절대온도[K]
: 반응지수
: 흡착된 기체의 부피[cm3(STP)/g]
: 상대 압력
1. 서 론
석탄은 현재 사용되고 있는 여러 화석연료 중 비교적으로 저렴하고, 전 세계적으로 풍부하게
Fuel Proximate analysis (wt %, dry basis) Ultimate analysis (wt %, dry basis)
VM FC Ash C H O N S
Glencore coal 37.2 53.7 9.2 72.2 4.6 10.9 2.4 0.7
Glencore coal-HCl 37.0 55.7 7.3 71.7 5.2 15.9 1.6 0.2
Glencore coal-HNO3 40.2 54.3 5.6 63.1 4.1 23.3 4.2 0.2
Table 1 Proximate and ultimate analyses of fuel was performed according to ASTM D5142 and ASTM D3176(VM: Volatile matter, FC: Fixed carbon)
매장되어 있어 화력발전 등 에너지 생산에 있어 서 없어서는 안 될 에너지자원 중 하나이다. 하 지만 현재 석탄연료를 이용하는 대표적인 방법인 화력발전은 낮은 연소 효율과 배출 가스로부터의 환경문제 등으로 인해 문제되고 있다. 낮은 가격 및 풍부한 매장량이라는 장점을 가지고 있는 석 탄을 이용하기 위해서 석탄연료를 이용한 지속 가능한 발전(Sustainable Development) 기술이 개발 되어야 한다. 이에 위한 많은 기술 중 하나가 석 탄을 연료로 사용하는 연료전지인 Direct Carbon Fuel Cell(DCFC)이다. DCFC는 탄소 고체연료를 직접 사용하여 연료가 갖는 화학에너지를 전기화 학반응을 이용하여 직접 전기로 변환시키는 발전 장치이다.(1,2) 이 기술의 장점은 값싼 석탄을 이용 하기 때문에 경제적 이익이 높고, 연소과정을 거 치지 않기 때문에 고효율발전이 가능하다는 것이 다. 같은 이유로 NOx와 SOx 같은 연소가스의 발 생이 없어 친환경 발전이 가능하다. DCFC를 이 용한다면 기존의 석탄 화력 발전을 대체하여 지 속가능한 석탄 이용 발전이 가능할 것으로 기대 된다.
물질이 가지고 있는 화학에너지를 산화, 환원 반응을 이용하여 전기에너지로 변환시킬 수 있 다. 이러한 과정에서 얻을 수 있는 전위를 계산 하기 위해 Nernst Equation을 이용할 수 있다.(3)
ln (1)
DCFC의 환원극에서 산소가 이산화탄소와 반응 하여 환원 반응이 일어나 탄산이온을 생성한다.
생성된 탄산이온은 전해질을 통해 확산되어 산화 극에서 탄소를 산화시켜 전자를 내놓게 된다.(3)
산화극 반응 : C + 2CO32- → 3CO2 + 4e- (2) 환원극 반응 : O2 + 2CO2 + 4e- → 2CO32- (3) 총괄 반응 : C + O2 → CO2 (4)
석탄 물성에 따른 DCFC의 전기화학 반응 특성 에 관한 기존 선행연구에서, 높은 결정화도는 DCFC의 성능을 감소시키지만 연료의 높은 탄소 함유량과 비표면적은 성능을 향상시킨다고 알려
졌고,(1,4,5) 산 처리를 통한 석탄의 물성변화 그리
고 작동온도 상승은 DCFC의 성능을 개선시킨다 고 알려져 있다.(6)
Li 등은 석탄의 표면처리에 따른 DCFC의 성능 에 관한 연구(6)에서, HNO3, HCl, air-plasma를 이 용하여 활성탄과 카본블랙의 표면처리를 한 후에 DCFC의 성능을 비교하였다. HCl과 HNO3를 이용 한 처리 후 표면 작용기의 산소비율이 증가하였 으며, carboxilic acid기와 lacton기 등의 산소작용 기가 성능 향상에 영향을 준다고 밝혔다.
Elleuch 등은 올리브 나무 촤를 이용하여 연료 물성과 DCFC 시스템 내부의 화학 및 전기화학 반 응 메커니즘의 관계에 대해 연구하였다.(7) 탄소와 산소 작용기에 따라 화학반응으로 생성되는 가스 들의 조성이 바뀌며 CO와 H2, CH4 가스가 시스템 성능과 연관이 있다고 밝혔다.
현재 DCFC의 성능과 관련된 많은 기존 연구에 서 다양한 방법으로 분석과 해석이 진행되고 있 다. 하지만 직접탄소 연료전지에서 다양한 석탄 의 물성에 따른 전기화학 반응의 변수에 관해서 는 아직도 많은 연구가 필요한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 역청탄인 Glencore 탄을 염산과 질산수용액을 이용하여 산 처리하여 물 리, 화학적 물성을 개질하고, 원탄과 산 처리된 석탄의 DCFC 성능 및 전기화학 반응 파라미터와 비교 분석한다.
2. 실험 장치 및 방법
2.1 연료 및 산 처리 방법
본 연구에서는 역청탄인 Glencore 탄을 이용하 였으며, 크기는 0.09 ~ 0.15 mm이다. 물리적, 화학 적 개질을 위한 원탄의 산 처리 과정은 4 mol의
Fig. 1 Schematic of DCFC system(CE: Counter electrode, WE: Working electrode, RE:
Reference electrode)
HNO3와 HCl를 이용하여 각각에 석탄을 개질한 다.(6) 교반기를 사용하여 500 rpm으로 교반하면서 24시간동안 산 처리를 진행하고, 증류수로 세척 한다. 세척한 연료는 24시간 동안 건조시켜 수분 을 제거하고 본 실험에 사용하였다.
원탄과 산 처리된 석탄의 원소분석은 Elementar Anaysen Systeme(KBSI Busan Center Korea)을 이 용하였고, 공업분석은 American Society for Testing and Material(ASTM) 규격에 따라 TGA 701(LECO, USA)장비를 사용하여 수행하였다. 원소분석과 공 업분석의 결과는 Table 1에 나타내었다.
2.2 실험방법
본 연구에서 사용된 Half-Cell 실험 장치는 선 행 연구(1,8~10)들을 바탕으로 시스템 내의 전기화 학 반응을 측정하기 위해서 시스템을 구성하였다. 반응로 내에 은으로 제작한 세 개의 평판형 전 극을 통해 전기화학 반응의 특성을 측정하였고, 그 구성도를 Fig. 1에 도시하였다. 각각의 전극 은 환원극(Counter electrode, CE), 산화극(Working electrode, WE), 기준극(Reference electrode, RE)이 다. 산화극의 경우에는 전류밀도(Current density) 와 전력밀도(Power density)를 구하기 위해 산화 극의 유효면적을 계산했을 때 1.0 cm2로 계산되 었다.
전해질은 분말 상태의 탄산리튬(Li2CO3)과 탄
산칼륨(K2CO3)의 혼합물을 사용하였다. 기존 연 구(11)에 따르면, 두 탄산염의 몰 비율이 62 mol%
와 38 mol%의 혼합 상태일 때 가장 낮은 온도에 서 용융되기 때문에, 같은 작동온도 하에서 실험 을 진행하였을 때 높은 성능을 가진다. 215.6 g의 탄산리튬(Li2CO3)과 247.89 g의 탄산칼륨(K2CO3)을 섞어 총 463.49 g의 전해질을 연료 46 g과 혼합하 여 사용하였다. 전해질과 연료는 상온에서부터 5
℃/min으로 가열하였고, 700℃의 작동온도에서 전 기화학 반응 실험을 수행하였다.
산화극에서 연료와 산소의 접촉에 의한 연소 방지를 위해 아르곤 가스를 200 ml/min 공급하였 고, 환원극과 기준전극에는 산화극으로의 산소 유입을 막기 위해서 작동온도 이전까지는 환원극 과 기준전극에 50 ml/min의 유량으로 각각 이산화 탄소를 공급하고, 작동온도 도달 후에는 이산화 탄소 가스와 산소가스를 몰 비율 2 : 1로 혼합하 여 50 ml/min씩 각각 공급하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 고체 탄소 연료의 특성분석 3.1.1 연료의 열반응 특성 분석
DCFC는 600 ℃ 이상의 고온에서 작동하며, 석 탄은 비활성 기체 분위기의 고온에서 열분해가 일어난다.(12) 따라서, DCFC의 운전조건에서 각 연료의 열분해 반응 특성을 살펴보기 위해 열중 량 분석(Thermogravimetric analysis) 실험을 수행하 였다. 실험은 산화극과 같은 아르곤가스 분위기 에서 10 ℃/min의 온도상승률로 700℃까지 가열하 였고, 120분의 등온과정을 수행하였다.
Glencore 탄과 산 처리된 탄의 열 중량 분석 결 과를 Fig. 2에 나타내었다. 원탄과 비교하였을 때, 산 처리 과정을 통하여 열 반응성이 증가하였음 을 알 수 있으며, HNO3의 경우 HCl 처리보다 큰 변화를 보임을 확인할 수 있다. 모든 연료의 경 우 100℃ 부근에서 수분의 증발로 인한 약간의 무게 변화를 확인할 수 있다. 원탄의 경우 400℃
부근에서 석탄의 열분해 반응으로 인한 급격한 무게변화를 관찰할 수 있다. 반면에 Glencore 탄 -HCl과 Glencore 탄-HNO3의 경우 200℃에서부터 급격한 무게변화를 확인할 수 있다. 하지만 산 처리된 석탄의 열 중량 변화 기울기를 비교하여 보았을 때, HNO3 처리의 열분해 반응성이 더 높
Sample SBET Vtotal Dpore
Glencore coal 12.15 0.00600 1.97 Glencore coal-HCl 2.41 0.00118 1.96 Glencore coal-HNO3 1.87 0.00092 1.96 SBET : surface area of sample (m2/g)
Vtotal : pore volume of sample (cm3/g) Dpore : mean diameter of pores (nm)
Table 2 The specific surface area, pore volume, and mean pore diameters of samples
Fig. 2 Thermogravimatric analysis of Glencore coal, Glencore coal-HCl, and Glencore coal-HNO3
Fig. 3 Nitrogen adsorption isotherms of Glencore coal, Glencore coal-HCl, Glencore coal-HNO3
은 것을 알 수 있다. 반응 종료온도는 HNO3의 경우 다른 석탄들과 비교하였을 때 상대적으로 낮은 것을 확인하였다.
3.1.2 연료의 구조적 특성 분석
가스 흡착실험(Gas adsorption) 결과를 Table 2 와 Fig. 3에 나타내었다. Table 2의 비표면적 및 기공 특성 결과를 보면, 산 처리 과정 후 원탄과 비교하여 비표면적이 감소한 것을 확인할 수 있 다. Li 등이 연구한 Activated Carbon의 산 처리결 과와 비교할 때 비표면적은 감소되며, HNO3 처 리의 경우가 HCl 처리보다 비표면적이 더 감소한 다는 경향과 같음을 알 수 있다.(6) 산 처리가 진 행되면서 원탄에 존재하던 기공사이의 벽들이 허 물어지고, 기공 크기가 감소하면서 비표면적이 감소한 것으로 예상된다.(6,13) 또한, Fig. 3의 석탄 및 산 처리 후 석탄의 히스테리시스 그래프의 형 태를 보면, BET 히스테리시스 곡선의 제 Ⅲ형임 을 알 수 있다.(14) 이는 사용한 석탄 및 산 처리 후의 석탄들이 비 다공성인 Carbon Black과 같은
구조적 특성을 보인다.(1,6) Table 2와 Fig. 3의 결 과로 석탄은 Carbon Black과 같은 히스테리시스 곡선을 보이지만 산 처리의 경향은 Activated Carbon과 유사함을 알 수 있다.
3.1.3 표면의 구성성분 특성 분석
X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectros- copy, XPS)으로 측정된 연료의 표면의 구성성분 분석 결과는 Table 3에 나타내었다. 원탄에 비해 HCl 산 처리 결과, 전체 탄소와 산소 비율은 각 각 8.7%증가, 4.0% 감소하였고, HNO3 처리 후에 는 각각 2.2% 증가, 0.9% 증가하였다. 또한, 모든 연료에서 Ash성분인 규소와 알루미늄이 검출되었 다. 원탄에 비해 HCl과 HNO3 처리를 한 연료의 경우 Ash와 탄소의 비가 각각 11%, 4.2% 감소한 것을 확인할 수 있다.
연료 표면의 O1s를 비교하면 선행연구에서의 Activated Carbon과 Carbon black 등의 HCl 처리시 산소량의 증가와 반대되는 결과임을 알 수 있 다.(6) 이와 같은 산소량의 감소는 산화물로 존재 하는 석탄의 Ash 성분의 제거와 화학 흡착된 수 분 때문이다. 석탄의 Ash성분인 Si와 Al가 SiO2, Al2O3로 존재하기 때문에 이를 고려한 O1s는 각 각 Glencore 탄 : 17.7%, Glencore 탄-HCl : 16.6%, Glencore 탄-HNO3: 19.7%이다. HCl로 처리된 Glencore 탄 표면의 O1s는 1% 감소하였으며 상대 적으로 C1s가 크게 증가하여 O/C의 비율이 연료 들 중 가장 낮음을 알 수 있다. 이와 반대로 HNO3 처리의 경우, 표면에서의 O1s 및 O/C 비율 이 증가하였고, 사용한 연료 중 가장 많은 표면 산소 작용기를 가짐을 알 수 있다.
Sample C1s(at.%) O1s(at.%) Si2p(at.%) Al2p(at.%) O/C(%) (Si+Al)/C(%)
Glencore coal 46.2 34.8 10.1 7.0 75.3 37.0
Glencore coal-HCl 54.9 30.8 7.9 6.3 56.2 26.0
Glencore coal-HNO3 48.4 35.7 9.8 6.2 76.8 32.8 Table 3 The atoms concentration on solid fuels surface
Binding energy (eV)
Oxygen Contents (at%)
Surface functional groups Decomposition temperature Glencore
coal Glencore
coal-HCl Glencore coal-HNO3
Group (1) 531.1 3.00 4.76 6.11 • C=O (Carbonyl, Quinone) • 700℃ ~ 980℃
Group (2) 532.3 6.05 7.82 10.64
• Carbonyl in lactone and anhydrides
• Oxygen atoms in phenol
• Ethers
• 400℃ ~ 630℃
• 600℃ ~ 700℃
• 700℃
Group (3) 533.3 2.56 3.03 1.37 • Ether oxygen in lactone and
anhydrides • 400℃ ~ 630℃
Group (4) 534.2 3.4 0.93 1.62 • Carboxylic acids • 100℃ ~ 400℃
Group (5) 535.9 2.7 N/A N/A • Additional chemisorbed water • 105℃ ~
Total O 17.72 16.54 19.75 N/A N/A
Table 4 Concentrations of each oxygen functional group with binding energy(7,16,17)
3.1.4 표면작용기 특성 분석
연료 표면의 탄소와 산소를 가지는 작용기는 Table 4에 나타낸 것과 같이 다양한 종류의 작용 기가 존재한다. 서로 다른 결합의 작용기들은 고 유의 결합에너지를 가지고, 이로 인해 작용기의 해리 온도 및 반응 속도가 달라진다. 따라서, 기 존의 O/C 비율과 전기화학 반응 사이의 관계는 정확성이 떨어지고, 산소 작용기와 DCFC 성능간 의 정확한 상관관계를 규명하기 위하여 산소 작 용기별로 O1s를 구분하여 분석할 필요가 있다.
3.1.3에서 수행한 XPS 분석의 O1s Spectrum을 이 용하여 피크를 분리하여 각 산소 작용기별 산소 의 농도를 구하였고, 그 결과를 Table 4에 나타내 었다.
피크의 분리 결과 HCl와 HNO3 처리 모두 그룹 1과 2가 증가한 것을 볼 수 있다. 하지만 같은 그룹 2의 증가도 HCl 처리의 경우는 hydroxyl기 가 증가하였고, HNO3 처리의 경우 lactone기와 anhydrides기의 산소가 증가하였고, HCl 처리 연 료의 그룹4와 HNO3 처리 연료의 그룹 3, 4는 감 소함을 알 수 있다. 이는 Figueiredo 등의 연구(16) 에 따르면 원탄에 HNO3 처리를 하였을 때, CO의 이중결합, 특히 carbonyl기가 증가하여 원탄의 표
면에 산소작용기가 증가하는 것과 일치함을 알 수 있다. 그룹 5는 연료에 화학 흡착된 수분을 나타내며 Glencore 탄에만 2.7%가 존재함을 알 수 있고, 산 처리의 경우에는 나타나지 않았다.
앞선 Ash의 원인과 화학 흡착된 수분으로 인해 HCl 처리의 경우가 Glencore 탄 보다 산소성분이 낮음을 확인 할 수 있다.
이는 연료의 열반응 특성 분석 결과를 통하여 알 수 있다.(15) Fig. 2의 무게변화를 통해 확인할 수 있듯이 100℃부터 석탄의 무게가 감소하기 시 작하는데 Table 4의 해리온도를 통해 이는 그룹 4와 5인 carboxylic acid기와 수분이 탄소 연료로 부터 해리됨을 알 수 있다. 산 처리 연료의 경우 약 400℃에서 무게 감소량이 증가하는 경향이 나타나는데, 이는 그룹 2와 3의 lactone기와 anhydrides기가 증가하였기 때문이다. 작동온도인 700℃에서 시간에 따른 무게변화가 세 연료 모두 2% 미만으로, 이를 통해 carbonyl기를 포함한 산 소작용기가 DCFC의 작동온도에서 존재함을 알 수 있다.
두 가지의 산으로 개질한 연료 모두 해리온도 가 DCFC의 작동온도구간 내에 존재하는 carbonyl 기를 포함한 산소작용기(그룹 1, 2)와 ether 기(그
Glencore
coal Glencore
coal-HCl Glencore coal-HNO3
Rs 0.178 0.110 0.159
Rct 7.36 4.44 2.79
Table 5 Electrochemical reaction parameters with each sample(Rs: Electrolyte resistance, Rct: Charge transfer resistance)
Fig. 4 i-V and i-p curves of Glencore coal, Glencore coal-HCl, and Glencore coal-HNO3
룹3)는 증가하고, 낮은 온도인 300℃~500℃에서 반응하는 carboxylic acid기는 감소한 것을 알 수 있다. 따라서, DCFC 성능에 영향을 미칠 수 있는 그룹 1, 2, 3을 고려한 표면 산소의 조성은 Glencore 탄-HNO3: 18.12% > Glencore 탄-HCl : 15.61 > Glencore 탄: 11.61% 순이며, Glencore 탄 -HNO3가 가장 높은 cell 성능을 보일 것으로 기 대된다.
3.2 전기화학 반응 특성
각 석탄들의 전기화학적 반응 특성을 살펴보기 위하여 직접탄소 연료전지 시스템에 적용하여 실험을 수행하였다. 개회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)가 정상상태로 일정하게 유지가 되 면 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)법으로 측정 속도 1 mV/s의 속도로 계측하 였고,(18) 실험결과는 i-V와 i-p로 Fig. 4에 나타내 었다.
각 연료의 최대 전류 밀도 및 최대 전력 밀도 는 Glencore 탄-HNO3> Glencore 탄-HCl > Glencore 탄 순으로 각각 78.06 mW/cm2, 61.43 mW/cm2, 47.70 mW/cm2로 나타났다. 이는 Activated carbon 과 carbon black의 산 처리시 HNO3가 가장 높은 성능을 보이는 선행연구 결과와 일치함을 알 수 있다.(6) 산 처리시 표면 산소 작용기가 증가하게 되고, 증가한 표면 산소 작용기는 전해질과 고체 탄소 연료의 젖음성을 향상시켜 반응 면적을 증 가시킨다.(19) 또한, Li 등의 연구(4,6)에 따르면 산 소작용기의 존재가 탄소의 전기화학적 산화 반응 의 반응 속도를 향상 시킨다고 밝혔다. 이와 같 은 원인으로 산 처리를 통해 증가된 산소 작용기 가 DCFC의 성능을 증가시켰음을 알 수 있다.
HNO3 와 HCl 처리 시 연료들의 표면적이 감소 함에도 성능이 향상됨을 알 수 있다. BET 측정결 과 연료 표면의 기공은 평균 nm 크기를 가지고, 생성된 가스로 인해 작은 크기의 기공으로 전해 질이 침투하지 못하게 된다.(20) 따라서, 측정된 표 면적과 실제 전기화학 반응에 참여하는 표면적이 달라지고, 연료의 비표면적보다 표면 원소 조성 이 위의 성능 결과와 상관관계가 있음을 알 수 있다. 석탄 물성이 전기화학 반응의 어떠한 요소 에 영향을 미치는 지를 분석하기 위하여 계측한 파라미터 값들은 Table 5에 나타내었고, 각각 전 해질 저항(Rs)과 전하 이동 저항(Rct)을 의미한다.
전해질 저항의 경우 표면의 회분의 양이 증가
할수록 저항이 증가함을 보이는데, 특히 Si에 영 향을 많이 받음을 알 수 있다. Si 성분은 용융탄 산염의 CO32- 이온과 반응하여 Li2SiO3와 K2SiO3
같은 염을 생성하여 탄산이온의 생성에 부정적인 영향을 미치기 때문이다.(21) 전하 이동 저항은 저 온에서 열 분해되는 carboxylic acid와 additional chemisorbed water를 제외한 그룹 1, 2, 3만을 고 려한 산소의 조성과 선형 관계에 있음을 알 수 있다. 고온에서 존재하는 표면의 산소 작용기가 작동온도에서 탄소의 전기화학적 반응성 증가시 키고, 반응에 참여할 수 있는 고체 탄소의 양을 증가 시켰기 때문이다.
4. 결 론
본 연구에서는 석탄을 연료로 사용 시 연료전 지 성능에 영향을 미친다고 밝혀진 석탄의 다공 성 및 작용기, 회분이 전기화학 반응 파라미터와 의 관계 분석하였다.
(1) 역청탄인 Glencore 탄의 HCl과 HNO3 처리 연료의 최대전력밀도는 47.70 mW/cm2, 61.43 mW/cm2, 78.06 mW/cm2로 각각 28.8%와 63.6% 증가하였음 을 알 수 있다.
(2) 표면의 산소 작용기가 DCFC 성능에 가장 큰 영향을 미치며, 표면 작용기 및 열 반응성 분 석을 통해 해리온도가 낮은 산소 작용기는 가스 로 분해되고 작동온도에서 성능에 영향을 미치는 작용기는 carbonyl기를 포함한 산소 작용기임을 알 수 있다.
(3) 연료 표면의 Si 성분은 전해질 내 탄산이온 의 농도를 감소시켜 전해질 저항을 증가시키는 작용을 하고, 표면의 산소작용기의 증가는 전하 이동 저항을 감소시킴을 알 수 있다.
후 기
이 논문은 부산대학교 기본연구지원사업(2년)에 의하여 연구되었음.
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