| 초록 |
산화 칼슘과 탄산칼슘의 전환 반응은 높은 반응에너지를 갖는 가역 반응으로, 집광형 태양열 발전의 에너지 저장 매체로 각광받고 있다. 산화 칼슘의 탄산화 반응은 고체‒기체 반응임에도 높은 전환율과 빠른 반응 속도를 가지고 있으나, 고온 반복 반응 과정에서 발생하는 소결현상으로 인해 소재의 표면적이 급격히 줄어들어 탄산화 전환율이 감소하는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에선 이러한 문제점을 해결하기 위해 CaCl2를 비롯한 알칼리 금속 염화물을 첨가제로 하는 새로운 칼슘 기반 열화학 에너지 저장 소재를 연구하였다. 다양한 첨가제를 갖는 산화 칼슘 소재를 합성하였고, 소재의 물성 분석을 위해 BET, PSA, FT-IR, XRD, XPS, FE-SEM 등의 분석 장비를 활용하였다. TG-DSC를 응용해 열저장‒방출 반복 반응을 유도하고 반응량을 측정하여 변화를 비교하였다. 연구 결과, 알칼리 금속 염화물을 첨가제로 활용하면 탄산화 반응 단계 중 느린 반응 단계인 Product layer diffusion 영역의 반응 속도를 개선하는 효과가 있음을 확인하였다. 동시에 소결을 가속하는 효과를 확인했으나, 소결을 억제하는 MgO 첨가제를 함께 활용하는 것으로 이를 보완할 수 있음을 확인했다. 평가한 소재 중 CaCl2와 MgO 이중 첨가제를 포함하는 산화 칼슘 소재는 20분의 짧은 탄산화 반응 시간에서도 70% 이상의 탄산화 반응량을 70회 유지하는 것으로 나타나 높은 활용 가능성을 보였다. |
