| 초록 |
최근 기후변화문제로 인해 전 세계적으로 Power to gas인 에너지 저장∙전환 기술 관련 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 중 수소의 저장체인 암모니아의 활용은 많은 관심을 받고 있다. 암모니아는 수소와 비교하여 부피당 큰 에너지밀도(HHV NH3:13.6GJ·m-3)를 가지며, 상온 8.5기압에서 액체 상태로 저장 및 이송이 용이하고, 세계적으로 연간 2 억 톤 이상의 암모니아가 소비되고 있어 인프라가 갖춰져 있다. 현재 암모니아는 천연가스/석탄으로부터 생산한 수소와 질소를 원료로 하버-보슈 공정을 통해 합성한다. 하버-보슈 공정은 고온(300-550 oC)∙고압(150-250 bar)반응으로 많은 에너지가 사용되며, 다량의 이산화탄소(1.8 ton CO2/ton NH3)를 배출한다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 상온∙상압에서 물과 질소를 원료로 한 전기화학적 암모니아 합성연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 암모니아 합성법은 탄소 배출이 없고, 저에너지, 저비용으로 암모니아 합성이 가능하다. 본 연구에서는 Ti 금속을 이용하여 물과 질소로부터 전기화학적으로 암모니아를 합성하는 실험을 수행하였다. 전기화학적 암모니아 합성 셀을 이용하여 인가전압에 따른 암모니아 합성률 및 패러데이 효율을 비교 분석하였고, 질소 환원 메카니즘을 결정하기 위해 DFT 계산을 수행하여 최적화된 구조와 깁스자유에너지를 얻었다. |
