고온 열저장을 위한 용융염의 열 물성 및 축열물질 개발 연구 = A study on the shermal properties of molten salts and a novel heat storage material for high temperature applications

국문 초록 (Abstract)

용융염이 축열물질로써의 적합성 및 열 물성을 평가 해보았다. 기존문헌에 있는 축열물질 중 낮은 녹는점과 높은 고온안정성을 지니는 혼합물(NaKZn-Chloride)을 선정하여 열 물성을 조사하였다. 실험 결과 기존 문헌의 고온안정온도인 850℃보다 훨씬 낮은 450℃ 부근에서 분해가 시작되었기 때문에 기존 문헌과 다른 결과가 나온 이유를 물질에 흡수된 수분에 의해 물질의 열적 성질이 변화한다고 생각하였다.
따라서 물질의 수분함량에 따라 열 물성의 변화를 Differential Scanning Calorimetry(DSC)와 Thermogravimetric Analysis(TGA)를 사용하여 각각 녹는점과 고온안정성을 평가하였다. 그 결과 흡수된 수분에 의해 물질의 녹는점이 달라졌으며, 고온에서 안정하지 않고 많은 질량 손실을 보였다. 이는 수분에 의해 다양한 반응이 존재하여 새로운 물질을 형성하였기 때문이라고 생각 된다. 따라서 축열물질로의 적합성에 수분의 흡수 여부도 고려되어야 한다.
이에 우리는 직접 고온안정성이 높은 물질을 선정하고 적절한 비율로 혼합하여 낮은 녹는점을 갖는 공융 혼합물을 제조, 적합성을 확인해 보았다. 여러 조합의 공융 혼합물 중에서 일정한 조성의 KCl-Na2CO3-K2CO3-NaOH 물질이 264℃의 낮은 녹는점과 800℃에서 5% 미만의 질량 손실을 보이는 등 높은 고온안정성을 지니는 물질을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The suitability of the molten salt as a heat storage material and the thermal properties were evaluated. A mixture (NaKZn-Chloride) having low melting point and high temperature stability among the heat storage materials in the existing literature was selected and the thermal properties were examined. Experimental results showed that the decomposition started at around 450℃, which is much lower than the high temperature stability of 850℃. Therefore, the thermal properties of the material were thought to change due to the moisture absorbed by the material.
The changes of thermal properties according to the moisture absorption of the material were evaluated by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetric Analysis (TGA). As a result, the melting point of the material was changed by absorbed moisture. The material was not stable at the high temperature and showed a large mass loss for both dry and moisture treated samples. DSC results also showed the presence of various reactions by moisture and the formation of new materials. Therefore, the moisture contact should avoided for the use of NaKZn-Chloride as a heat storage material.
In this study, we have selected high temperature stable materials and mixed them at appropriate ratio to make a molten mixture with low melting point. Among the various combinations of molten mixtures, a material of constant composition KCl-Na2CO3-K2CO3-NaOH has been identified to have a low melting point of 264℃ and the high temperature stability up to 800℃.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• 1. 연구 배경
• 가. 태양열 발전 시스템
• 나. 열에너지 저장법
• a. 잠열 저장법
• b. 현열 저장법
• 다. 고온 축열재료
• 라. 고온 축열용 용융염의 물성
• a. 공융 혼합물
• b. 기존 상용 용융염
• c. 고온 축열을 위한 후보물질
• d. 수분이 물성에 미치는 영향
• 2. 연구 목적
• Ⅱ.실험 장치 및 실험 방법
• 1. 실험 장치 및 조건
• 가. 시차 주사 열량계
• 나. 열 중량 분석기
• 다. 고온가열로
• 2. 실험 방법
• 가. NaKZn-Chloride 물질 제조 및 수분 함량에 따른 열 물성 측정 (DSC, TGA)
• 나. NaKZn-Chloride 물질 제조 및 수분 함량에 따른 열 물성 (Furnace)
• 다. 개발 물질 열 물성 (DSC, TGA)
• Ⅲ. 실험 결과 및 분석
• 1. NaKZn-Chloride의 열 물성에 미치는 수분의 영향
• 가. 열 물성 변화 측정
• 나. 고온 가열-냉각 반복 Cycle
• 2. 개발 물질의 열 물성 측정
• 가. DSC 결과
• 나. TGA 결과
• 다. Cycle 실험
• Ⅳ. 결 론
• 참고문헌