KR20190111168A - 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 처리하는 방법에 있어서, 상기 마그네슘 공기 전지의 전해질에서 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 회수하는 하우징 본체에 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 설치하는 단계, 상기 하우징 본체에서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 마그네슘 공기 전지의 전해질을 상기 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 반복적으로 통과시키면서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 분리하는 단계, 상기 하우징 본체에 상기 분리된 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 배치한 상태에서 황산이나 황산화물이 포함된 폐수를 순환시키는 단계 및 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)과 반응시켜 황산마그네슘(MgSO4)을 생성시키면서 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거하는 단계를 포함하는 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거함으로써 심각한 오염을 불러일으키는 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 효과적으로 처리할 수 있는 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템에 관한 것이다.
최근에 금속 공기 전지는 금속을 음극 기판으로 채용하고, 공기를 양극 기판으로 채용하는 연료 전지로서, 그의 전기적 포텐셜이 매우 높아 신개념의 전지로 각광받고 있다.
상술한 금속 공기 전지는 다른 연료 전지와는 달리, 귀금속 촉매를 사용하지 않으면서도 값싼 전해질을 미디어로 사용하기 때문에 제작비가 저렴하고, 유해 가스를 발생시키지 않아 청정 에너지원으로 알려져 있다.
*이러한 금속 공기 전지의 성능은 공기 전극 기판의 에너지 밀도와, 금속 전극 기판과 전해질의 반응 특성에 따라서 크게 영향을 받게 되므로, 금속 종류와 전해질의 상관 관계를 고려한 금속 재료가 채용되고 있다.
특히 NaCl 전해질을 사용하는 경우, 마그네슘에서 가장 우수한 출력 특성을 나타내는 것으로 보고되고 있으며, 유해 물질의 생성이 전혀 없고, 화학적으로 안정된 것으로 평가되고 있다.
또한, 마그네슘 공기 전지는 에너지 밀도가 높아 고용량 전지 제조가 가능하고 마그네슘과 NaCl 전해질의 가격이 저렴하여 전기 자동차나 에너지 저장 시스템 등을 위한 대용량의 전지로 사용될 것으로 예상되고 있다.
이러한 마그네슘 공기 전지는 음극 전극 기판에서의 마그네슘의 산화 반응과 양극 전극 기판에서의 산소 환원 방응으로 인해 전기가 발생하는 간단한 반응이지만, 실제로는 이론적인 용량에 한참 미치지 못하는 수준의 용량만이 구현되고 있으며, 상술한 현상의 원인이 다양하게 제시되고 있지만, 그 중에서 가장 심각한 것은 마그네슘 음극 기판에서 산화 반응에 의해 발생되는 Mg(OH)2와 같은 반응 부산물이 마그네슘 음극 기판에 형성됨으로써, 마그네슘 음극 기판에서 산화 반응이 급격히 감소하는 것이다.
따라서 마그네슘 음극 기판에서 산화 반응에 의해 발생되는 Mg(OH)2와 같은 반응 부산물을 효과적으로 제거하는 것이 필요하다.
한편, 폐수에 포함되어 심각한 오염을 불러일으키는 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 효과적으로 처리하기 위하여 산화마그네슘을 이용하여 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거하는 방법이 제안되었다.
상술한 방법을 수행하기 위하여, 대한민국에 연간 수십만 톤의 산화마그네슘(MgO)이 수입되고 있으나 산화마그네슘의 최대 생산국인 중국에서도 서서히 고갈되어 가는 마그네사이트를 보호하기 위하여 고급 산화마그네슘에는 엄청난 수출세를 부과하여 고급 산화마그네슘을 대체하는 기술의 필요성이 대두되고 있다.
여기에서 고급 산화마그네슘이란 순도 90% 이상의 산화마그네슘을 가리키는 것이며, 저급 산화마그네슘이란 순도 70% 이하의 산화마그네슘을 가리키는 것이다.
이러한 마그네사이트를 산화마그네슘으로 제조하는 데에는 900℃에서 소성 공정을 수행하여야 하며, 고급 산화마그네슘을 생산하기 위해서는 15mm 이하의 마그네사이트가 버려지고 있는 실정이다.
상술한 문제를 제시하기 위해서, 저급 산화마그네슘을 이용하여 폐수에 포함되는 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 흡착하는 습착제 슬러리 제조 방법이 제시되었지만, 이러한 제조 방법도 복잡한 공정 단계를 수행하는 것이 거쳐 미리 준비하는 것이 필요한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1401536에 게시되어 있다.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거함으로써 심각한 오염을 불러일으키는 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 효과적으로 처리할 수 있는 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템은 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 처리하는 방법에 있어서, 상기 마그네슘 공기 전지의 전해질에서 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 회수하는 하우징 본체에 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 설치하는 단계, 상기 하우징 본체에서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 마그네슘 공기 전지의 전해질을 상기 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 반복적으로 통과시키면서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 분리하는 단계, 상기 하우징 본체에 상기 분리된 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 배치한 상태에서 황산이나 황산화물이 포함된 폐수를 순환시키는 단계 및 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)과 반응시켜 황산마그네슘(MgSO4)을 생성시키면서 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템은 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거함으로써 심각한 오염을 불러일으키는 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 효과적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템의 공극률과 공정 압력의 상관도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템에서 사용되는 마그네슘 공기 전지는 공기를 양극 기판으로 사용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 사용하는 마그네슘 공기 전지에서 음극 기판으로 채용된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템에서 사용되는 마그네슘 공기 전지는 마그네슘 음극 기판이 교체가능하며, 상기 마그네슘 음극 기판에는 타공된 공극이 다수 존재하고, 상기 마그네슘 음극 기판의 공극률은 40~50%이고, 상기 마그네슘 음극 기판에 타공된 공극의 반지름(r)은 상기 마그네슘 음극 기판의 두께(h)보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템은 상술한 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 처리하는 것에 관한 것이다.
먼저, 상기 마그네슘 공기 전지의 전해질에서 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 회수하는 하우징 본체에 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 설치한다.
다음으로, 상기 하우징 본체에서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 마그네슘 공기 전지의 전해질을 상기 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 반복적으로 통과시키면서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 분리한다.
다음으로, 상기 하우징 본체에 상기 분리된 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 배치한 상태에서 황산이나 황산화물이 포함된 폐수를 순환시킨다.
다음으로, 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)과 반응시켜 황산마그네슘(MgSO4)을 생성시키면서 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거한다.
여기에서, 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)과 반응식은 아래와 같다.
Mg(OH)2 + H2SO4 → MgSO4 + 2H2O
Mg(OH)2 + SO3 → MgSO4 + H2O
상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템은 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거함으로써 심각한 오염을 불러일으키는 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 효과적으로 처리할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
Claims (1)
- 공기를 양극 기판으로 채용하고, 마그네슘을 음극 기판으로 채용하는 마그네슘 공기 전지에서 발생하는 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 재활용하여 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 처리하는 방법에 있어서,
상기 마그네슘 공기 전지의 전해질에서 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 회수하는 하우징 본체에 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 설치하는 단계;
상기 하우징 본체에서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 포함하는 마그네슘 공기 전지의 전해질을 상기 멤브레인이 설치된 회수 플레이트를 반복적으로 통과시키면서 상기 반응 부산물인 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 분리하는 단계;
상기 하우징 본체에 상기 분리된 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 배치한 상태에서 황산이나 황산화물이 포함된 폐수를 순환시키는 단계; 및
상기 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)과 반응시켜 황산마그네슘(MgSO4)을 생성시키면서 상기 폐수에 포함된 황산(H2SO4)이나 황산화물(SO3)을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템.
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| KR1020180032379A KR20190111168A (ko) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | 마그네슘-공기 연료전지의 반응부산물 제거 및 재활용 시스템 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021226409A1 (en) * | 2020-05-07 | 2021-11-11 | Form Energy, Inc. | Battery recycling |
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