Korean Chemical Engineering Research, Vol.42, No.6, 748-753, December, 2004
다공성 활성탄소-실리카젤 복합전극의 전기용량적 탈이온 공정에의 응용
Applications of Porous Activated Carbon-Silica Gel Composite Electrodes for Capacitive Deionization Process
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초록
수자원의 공급량이 제한되어 있는 상황에서 물의 부족을 해결하기 위한 방법의 하나로 알려진, 전기화학적으로 이온을 흡착시켜 제거시키는 capacitive deionization(CDI) 공정용 전극으로서 활성탄소에 실리카젤이 첨가된 다공성 활성탄소-실리카젤 복합전극을 사용하여 1,000 ppm NaCl 수용액에서 각각 10회와 100회 동안 사이클을 진행시켜 탈이온과 재생 특성과 관련된 충전과 방전을 시간에 대한 전류변화, 사이클에 따른 전하량 변화, 활성탄소의 무게를 기준으로 한 방전 비전하량 그리고 충-방전 효율을 조사하였다. 활성탄소-실리카젤 복합전극은 CDI 반응진행에 대한 전극 활물질의 탈락 없이 전극의 성형성이 크게 향상되었고, 전극제조 시간도 50% 감소하였다. 5분의 충전과 방전으로 100회 사이클까지 평균 충전 전하량을 보면 40 wt%의 실리카젤이 첨가된 C 복합전극은 0.193 A·min.으로 실리카젤이 첨가되지 않은 A 전극(0.200 A·min.)에 비해 다소 감소하였다. 그러나 활성탄소의 무게를 기준으로 한 평균 방전 비전하량의 경우, A 전극은 0.317 (A·min.)/g인데 반하여, C 복합전극의 경우, 0.456 (A·min.)/g으로 43% 향상되어 매우 우수하였다. 충-방전 효율은 100회 사이클까지는 각각 1회 사이클을 기준으로 73%와 75.6%를 나타내어 약 3%의 미세한 차이를 보이지만, 100회 사이클에서는 각각 66%와 76%를 보여 10%이상 큰 차이를 나타내었다.
Capacitive deionization(CDI) process kinds of electrochemical adsorption method was employed in order to solve the water deficient problems. In our study, porous activated carbon-silica gel composite electrodes with high wet-ability and mechanical strengths are invented by paste rolling method in our laboratory and investigated electrochemical characteristics such as current changed values as a function of time, coulombs, specific coulombs and chargedischarge efficiencies as a function of cycles until 10th and 100th cycles in 1,000 ppm NaCl solution. Porous activated carbon-silica gel composite electrodes showed efficient CDI performances with decreasing active material usages and increasing wet-ability, mechanical strengths in NaCl solutions. In our electrochemical runs, all of the activated carbonsilica gel composite electrodes also showed good cyclic-ability without destroy of active materials during cycles. The electrode-manufacturing times decreased by 50%. Average specific charge-coulombs by 100th cycles are also appeared very higher 0.456(C composite electrode) than 0.317 (A·min.)/g(A electrode). The charge-discharge efficiencies by 100th cycles are showed good cycle-ability and appeared over 73% and 75.6% in case of A electrode and C composite electrode. However, at the 100th cycles, 76% of charge-discharge efficiencies is showed in C composite electrode but 66% of charge-discharge efficiencies is showed in A electrode.
Keywords:Porous Activated Carbon-Silica Gel Composite Electrodes;Capacitive Deionization;Activated Carbon
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