한국에너지기술연구원 에너지소재연구실 김현욱 박사 연구팀은 물과 접촉하여 열을 방출하는 기존 산화 마그네슘보다 열 방출량이 3배 높은 신규 열저장 소재(MgO@NC)를 개발했습니다. SKIER-2라고 명명한 신규 금속-유기 구조체(SKIER-2)를 고온 열분해해 제조합니다. 이 열저장 소재는 높은 열전도성을 가지고 있어 물과 접촉 시 빠르게 열을 방출하는 연구 결과를 보였습니다. 연구 결과는 <ACS Applied Nano Materials>에 표지 논문으로 선정됐습니다.
산업폐열, 에너지로 바꾸는 기술
금속, 유리, 펄프 등의 생산 과정에서 발생하는 산업폐열을 화학적 에너지로 저장한 후 열에너지가 필요한 때에 가역적으로 사용하는 에너지 전환 기술이 활발히 연구돼 왔습니다. 그 중, 산화마그네슘 기반의 물질은 MgO↔Mg(OH)2 가역 반응 시의 열 출입을 활용하는 열저장체로서 저렴하고 반복적으로 사용 가능합니다. 또한 인체에 해롭지가 않아 실용적인 열에너지 전환 매개체로 주목 받고 있습니다. 그러나 MgO 자체의 열전도도는 매우 낮아서 열전도율이 높은 탄소계열 물질을 코팅하여 사용하는 경우가 대부분입니다. 여전히 더 높은 열전도율을 갖는 열에너지 저장 물질의 개발이 필요한 상황입니다.
본 연구에서는 Mg6O30를 구조적 단위체로 가지는 SKIER-2를 최초로 합성한 후, 700℃에서 열처리해 다공성의 탄소 나노 층 사이에 균일하게 MgO가 분산된 MgO@NC 물질을 개발했습니다. 개발된 신규 열저장 소재는 기존 MgO에 비해 3배 높은 열 방출량을 보였으며 일반적인 MgO-탄소 혼합물에 비해 4.5배 이상 높은 열전도도를 보였습니다.
이러한 높은 열 방출량과 열전도도는 기존 재료대비 약 76배 넓은 표면적과 균일하게 분산 된 나노크기의 MgO입자에 기인한다는 것이 표면적 측정과 고분해능의 전자현미경 분석에 의해 밝혀졌습니다. 이는 향후 열에너지의 저장 및 변환을 위한 응용분야에 활용될 예정입니다.
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