KR20190055674A - Novel thermal energy storage materials and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 거대비열용량 물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2 K에서 1500 K 까지의 넓은 영역에서의 열저장 효과를 갖는 신규 열에너지 저장 물질 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-temperature heat storage material, and more particularly, to a novel heat storage material having a heat storage effect in a wide range from 2 K to 1500 K and a method for manufacturing the same.
현재 범용적으로 사용되는 열에너지 저장 (Thermal energy storage: TES) 기술은 물의 비열용량을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법을 사용한다. 하지만 물의 상변화 온도인 섭씨 0 도 이하, 100 도이상에서의 사용이 제한되기 때문에 광범위한 영역에서의 여에너지 저장에는 부적합하다.Thermal energy storage (TES) technology, now widely used, uses a method of storing thermal energy using the specific heat capacity of water. However, since the phase change temperature of water is less than 0 degrees Celsius and the use temperature of 100 degrees Celsius is limited, it is not suitable for storing energy in a wide range.
열에너지 저장 물질(TESM)은 종래 다수 보고되어 왔다. 많은 TESM은 상 전환 물질이며, 고상과 액상 사이의 상 전환이 일어나고 상 전환으로 인한 잠열을 고려하더라고 상당량의 열을 저장(또는 방출)할 수 있다. 이러한 다수의 상 변환 물질은 혼합물이며, 이런 혼합물은 사용된 순수한 화합물 또는 원소들에 비해 낮은 액상선 온도를 갖도록 하는 화합물의 혼합물을 포함한다.A number of heat energy storage materials (TESM) have been reported in the past. Many TESMs are phase change materials that can store (or release) a significant amount of heat, even though the phase transition between the solid phase and the liquid phase takes place and the latent heat due to the phase transition is taken into account. These multiple phase change materials are mixtures, and such mixtures include mixtures of compounds that have a lower liquidus temperature than the pure compounds or elements used.
종래 열에너지 저장 물질로서, 예를 들어, 미국특허 제6,627,106호에는, 다른 금속 질산염들을 포함하는 질산마그네슘 6수화물의 3원(ternary) 혼합물을 포함하는 다양한 상 전환 물질을 개시한 바 있고, 미국특허 제5,785,884호는, 질산나트륨 및 질산칼륨과 질산마그네슘 6수화물의 유사한 3원 혼합물을 개시한 바 있으며, 미국특허 제5,728,316호는, 질산마그네슘 6수화물 및 질산리튬의 2원 혼합물을 개시한 바 있고, 미국특허 제6,083,418호는 2종의 금속 질산염(알칼리 금속 질산염 및 알칼리 토금속 질산염)의 혼합물을 포함하는 상 전환 물질을 개시한 바 있으며, 미국특허 제5,348,080호는 물, 질산나트륨, 및 질산칼륨의 혼합물을 개시한 바 있으나, 이들 열에너지 저장 물질은 약 85℃ 미만의 온도에서만 사용가능한 것이다.As a conventional thermal energy storage material, for example, U.S. Patent No. 6,627,106 discloses various phase change materials including ternary mixtures of magnesium nitrate hexahydrate containing other metal nitrates, No. 5,785,884 discloses a similar ternary mixture of sodium nitrate and potassium nitrate and magnesium nitrate hexahydrate and U.S. Patent No. 5,728,316 discloses a binary mixture of magnesium nitrate hexahydrate and lithium nitrate, Patent No. 6,083,418 discloses a phase change material comprising a mixture of two metal nitrates (alkali metal nitrate and alkaline earth metal nitrate), and US 5,348,080 discloses a mixture of water, sodium nitrate, and potassium nitrate Although these thermal energy storage materials are only usable at temperatures below about < RTI ID = 0.0 > 85 C. < / RTI >
또한, 높은 상전이 온도를 갖는 열에너지 저장 물질로서, 예를 들어, 미국특허 제4,657,067호, 미국특허 제4,421,661호 및 제5,613,578호에는, 열 에너지 저장 물질로서 사용될 수 있는, 다양한 2원 및 3원 금속 조성물을 개시한 바 있고, 문헌[The Modelica Association, entitled "Analysis of steam storage systems using Modelica" (Modelica 2006, September 4th-5th)]에서, 뷰쉘 등은 질산리튬(LiNO3), 염화리튬(LiCl), 질산칼륨(KNO3), 아질산칼륨(KNO2), 질산나트륨(NaNO3), 아질산나트륨(NaNO2) 및 질산칼슘(Ca(NO3)2) 등의 혼합물을 개시한 바 있으나, 이들 열에너지 저장 물질은 약 300℃ 이상에서 800℃ 이하의 온도에서만 사용가능한 것이다.Also, as a heat energy storage material having a high phase transition temperature, for example, U.S. Patent No. 4,657,067, U.S. Patent Nos. 4,421,661 and 5,613,578 disclose various binary and ternary metal compositions (Modelica 2006, September 4th-5th)], and the like are exemplified by lithium nitrate (LiNO3), lithium chloride (LiCl), nitric acid A mixture of potassium (KNO3), potassium nitrite (KNO2), sodium nitrate (NaNO3), sodium nitrite (NaNO2) and calcium nitrate (Ca (NO3) 2) has been disclosed. Lt; RTI ID = 0.0 > 800 C. < / RTI >
상술한 바와 같이, 종래 열에너지 저장 물질들은 특히 약 85℃ 이하, 또는 300℃ 이상 중 어느 하나의 온도에서 사용이 가능한 것으로, 넓은 온도 영역에서 사용하기 위한 것으로 신규하고 효과적인 TESM에 대한 요구가 계속되고 있다.As noted above, conventional thermal energy storage materials are particularly usable at temperatures of less than about 85 캜, or at least 300 캜, and there is a continuing need for a new and effective TESM for use in a wide temperature range .
지금까지, 상업적인 적용례에 열에너지 저장 물질들을 적용하고자 하는 노력은 사용 중 만족스러운 성능을 달성하는데 있어서 높은 에너지 저장 밀도, 높은 용해열, 긴 사이클 수명 및 넓은 온도 범위에 대한 요구가 충족되지 않아서 어려움을 겪고 있다.Heretofore, efforts to apply thermal energy storage materials to commercial applications have suffered from difficulties in meeting the requirements for high energy storage density, high heat of dissolution, long cycle life and wide temperature range in achieving satisfactory performance during use .
본 발명은 높은 비열용량 및 전영역의 온도 범위에서 물으 대체하여 열에너지를 저장 및 운송할 수 있는 Pm-3m 공간군을 갖는 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 계 합성소재를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an antiperovskite-based synthetic material having a space group of Pm-3m capable of storing and transporting heat energy by replacing water in a high specific heat capacity and a temperature range of the entire region.
또한, 상기 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 계 합성소재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for producing the antiperovskite-based synthetic material.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 연구를 거듭한 결과 전자화물 A3-xSnC (여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)를 개발하였고, 상기 물질이 거대 비열용량을 갖는 것을 확인함을 물론 기존 열에너지 저장 및 전달 소재인 물 대비 매우 높은 비열용량을 1500 K 이하의 모든 영역에서 상변화 없이 높은 비열용량으 갖는 고효율 열에너지 소재인 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present invention have conducted studies to achieve the above object, and as a result, they have developed an electronic cargo A 3-x SnC (wherein A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 <x <0.3) It is confirmed that the material has a large specific heat capacity and, as a result, it is confirmed that it is a highly efficient thermal energy material having a specific heat capacity of not higher than 1500 K, .
안티페로브스카이트(Antiperovskite) 물질은 기존 ABX3의 화학식을 기본으로 하는 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 화합물에 반하여 구조적으로 음이온과 양이온의 위치가 상반되어 있는 X3AB 구조를 갖는 신개념 물질이다. The Antiperovskite material is a new conceptual material with an X 3 AB structure that is structurally opposite to the position of anions and cations in contrast to the antiperovskite compound based on the formula ABX 3 .
특히 A3- xSnC (여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임) 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 소재는 거대 비열용량을 가져 열에너지 저장 소재로 활용 가능하며, 1500 K 이하의 넓은 온도 영역에서의 열에너지 저장 소재로 널리 활용될 수 있는 물질이다.In particular, A 3 x SnC (where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 <x <0.3) Antiperovskite material has a large specific heat capacity, And is widely used as a thermal energy storage material in a wide temperature range of 1500 K or less.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 화학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 물질을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a thermal energy storage material characterized by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A3- xSnC A 3- x SnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn (x, y, z = 0, 0, 0), C (x, y, z = 0.5, 0.5, 0.5) 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 수 Å이내로 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The thermal energy storage material has an antiperovskite structure and has Sn (x, y, z = 0, 0, 0), C (x, y, z) in the antiperovskite structure = 0.5, 0.5, 0.5) may have a distorted structure in which the position of the element deviates within a few Å from the structurally stable position.
여기서, 안티페로브스카이트(Antiperovskite)는 종례의 페로브스카이트 (Perovskite) 구조에서 양이온과 음이온의 구조가 역전되어 있는 이온 결합체이다. 단위 구조 (Unit cell) 당 많은 수의 원소를 포함하고 있어 열용량을 증대하기에 매우 적합한 물질이다.Here, Antiperovskite is an ionic conjugate in which the structures of cation and anion are reversed in the conventional perovskite structure. It contains a large number of elements per unit cell and is a very suitable material for increasing the heat capacity.
본 발명은 또한,The present invention also relates to
(a) 용융-냉각 공정에 의해 Ce 또는 Gd 중 어느 하나, 및 Sn 및 C를 포함하는 합성원료를 제조하는 단계; 및(a) preparing a synthesis raw material containing either Ce or Gd and Sn and C by a melt-cooling process; And
(b) 단계(a)에서 얻어진 합성원료를 재용융-냉각하는 단계;(b) re-melting-cooling the starting material obtained in step (a);
를 포함하는 열에너지 저장 물질의 제조방법을 제공한다.And a method of producing the thermal energy storage material.
상기 열에너지 저장 물질은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.The thermal energy storage material may be represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A3- xSnC A 3- x SnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The thermal energy storage material has an antiperovskite structure. In the antiperovskite structure, the positions of the Sn and C elements deviate from a structurally stable position and are locally distorted structure .
상기 단계(a)는 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.The step (a) is preferably performed by an arc melting method, and the step (b) is also preferably performed by an arc melting method.
상기 단계(a)는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.The step (a) is preferably performed in an inert gas atmosphere, and the step (b) is also preferably performed in an inert gas atmosphere.
상기 불활성 가스는 아르곤(Argon), 헬륨(Helium) 또는 네온(Neon)이 바람직하게 사용될 수 있다.Argon, Helium or Neon may preferably be used as the inert gas.
본 발명은 또한,The present invention also relates to
하기 화학식 1로 표현되는 열에너지 저장 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 제공한다.There is provided a thermal energy storage system characterized by using a thermal energy storage material expressed by the following chemical formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A3- xSnC A 3- x SnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The thermal energy storage material has an antiperovskite structure. In the antiperovskite structure, the positions of the Sn and C elements deviate from a structurally stable position and are locally distorted structure .
본 발명에 의한 열에너지 저장 물질은 기존 열에너지의 저장과 전달에 사용되온 물과는 다르게 1500 K 이하의 광범위한 온도 영역에서 상의 변화 없이 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조로부터 극대화된 거대비열 효과를 발현하여 고효율 열에너지 저장 소재로 사용을 할 수 있게 된다.The thermal energy storage material according to the present invention exhibits a giant specific heat effect maximized from the antiperovskite structure without changing the phase in a wide temperature range of 1500 K or less, unlike the water used for storing and transferring the existing thermal energy And can be used as a high-efficiency thermal energy storage material.
본 발명에서 제공되는 열에너지 저장 물질의 제조 방법을 사용함으로써, 단순한 용융 및 열처리 공정으로 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조의 거대비열 효과를 발현하여 고효율 열에너지 저장 물질을 대량 제조할 수 있다.By using the method for producing a thermal energy storage material provided in the present invention, it is possible to mass produce a high efficiency thermal energy storage material by manifesting a large specific heat effect of an antiperovskite structure by a simple melting and heat treatment process.
도 1은 실시예 1에서 제조된 Ce3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)의 결정 구조 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 Ce3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 Ce3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3) 및 큰 비열용량을 가진 금속 물질인 Gd(비교예)의 온도에 따른 비열용량 측정 결과이다.
도 4는 실시예 2에서 제조된 Gd3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)의 결정 구조 모식도이다.
도 5는 실시예 2에서 제조된 Gd3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)의 X-선 회절 분석 결과이다.
도 6은 실시예 2에서 제조된 Gd3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3) 및 Gd(비교예)의 온도에 따른 비열용량 측정 결과이다.1 is a crystal structure diagram of Ce 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) prepared in Example 1.
FIG. 2 is a result of X-ray diffraction analysis of Ce 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) prepared in Example 1.
FIG. 3 shows the results of measurement of the specific heat capacity according to the temperature of Ce 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) prepared in Example 1 and Gd (comparative example), which is a metal material having a large specific heat capacity.
4 is a crystal structure diagram of Gd 3 - x SnC (-0.3 < x < 0.3) prepared in Example 2. Fig.
FIG. 5 is a result of X-ray diffraction analysis of Gd 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) prepared in Example 2. FIG.
FIG. 6 shows the results of specific heat capacity measurement according to the temperature of Gd 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) and Gd (comparative example) prepared in Example 2.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, a detailed description of known configurations and functions will be omitted.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and should be construed in accordance with the technical meanings and concepts of the present invention.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention and thus various equivalents and modifications Can be.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은, 하기 화학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 물질을 제공한다.The present invention provides a thermal energy storage material characterized by being represented by the following chemical formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A3- xSnC A 3- x SnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The thermal energy storage material has an antiperovskite structure. In the antiperovskite structure, the positions of the Sn and C elements deviate from a structurally stable position and are locally distorted structure .
여기서, 안티페로브스카이트(Antiperovskite)는 종례의 페로브스카이트 (Perovskite) 구조에서 양이온과 음이온의 구조가 역전되어 있는 이온 결합체이다. 단위 구조 (Unit cell) 당 많은 수의 원소를 포함하고 있어 열용량을 증대하기에 매우 적합한 물질이다.Here, Antiperovskite is an ionic conjugate in which the structures of cation and anion are reversed in the conventional perovskite structure. It contains a large number of elements per unit cell and is a very suitable material for increasing the heat capacity.
상기 열에너지 저장 물질은 1500 K 이하의 광범위한 온도 영역에서 상의 변화 없이 거대비열 효과를 발현할 수 있다.The thermal energy storage material can exhibit a large specific heat effect without changing the phase in a wide temperature range of 1500 K or less.
본 발명은 또한,The present invention also relates to
(a) 용융-냉각 공정에 의해 Ce 또는 Gd 중 어느 하나, 및 Sn 및 C를 포함하는 합성원료를 제조하는 단계; 및(a) preparing a synthesis raw material containing either Ce or Gd and Sn and C by a melt-cooling process; And
(b) 단계(a)에서 얻어진 합성원료를 재용융-냉각하는 단계;(b) re-melting-cooling the starting material obtained in step (a);
를 포함하는, / RTI >
하기 화학식 1로 표현되는 열에너지 저장 물질의 제조방법을 제공한다.There is provided a process for producing a thermal energy storage material represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A3- xSnC A 3- x SnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 [도 1] 및 [도 4]에서 나타난 바와 같이 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The thermal energy storage material has an antiperovskite structure as shown in FIG. 1 and FIG. 4, and the position of each Sn and C element in the antiperovskite structure is structurally It may have a structure that is distorted from a stable position.
상기 단계(a)는 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.The step (a) is preferably performed by an arc melting method, and the step (b) is also preferably performed by an arc melting method.
상기 단계(a)는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 단계(b) 또한 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.The step (a) is preferably performed in an inert gas atmosphere, and the step (b) is also preferably performed in an inert gas atmosphere.
상기 불활성 가스는 아르곤(Argon), 헬륨(Helium) 또는 네온(Neon)이 바람직하게 사용될 수 있다.Argon, Helium or Neon may preferably be used as the inert gas.
본 발명은 또한,The present invention also relates to
하기 화학식 1로 표현되는 열에너지 저장 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 시스템을 제공한다.There is provided a thermal energy storage system characterized by using a thermal energy storage material expressed by the following chemical formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
A3- xSnC A 3- x SnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 가지며, 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조에서 각 Sn, C 원소의 위치가 구조적으로 안정한 위치에서 벗어나 국부적으로 변형(distorted structure)된 구조를 가질 수도 있다.The thermal energy storage material has an antiperovskite structure. In the antiperovskite structure, the positions of the Sn and C elements deviate from a structurally stable position and are locally distorted structure .
이하, 실시예 및 평가예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예 및 평가예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 평가예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and evaluation examples. It is to be understood that both the foregoing examples and the following examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not limited by these examples and evaluation example according to the gist of the present invention, It is obvious to the person.
<실시예 1. Ce≪ Example 1 > Ce 3-x3-x SnC (-0.3 < x < 0.3)의 제조>Preparation of SnC (-0.3 < x < 0.3)
Ce 금속을 1 cm3, 10 g 으로 가공하고 Sn(metal shot)과 C(graphite piece)를 비율에 맞게 정량한다. Ce metal is processed to 1 cm 3 and 10 g, and Sn (metal shot) and C (graphite piece) are quantitatively measured.
Arc beam이 발생될 수 있는 Argon 가스 분위기의 Arc melting furnace에서 내부 압력을 0.1 Pa로 고정한 뒤 Arc melting method를 통해 정량된 원료를 용융하여 물질을 혼합·합성 한다. Arc beam에 의해 3000도 이상으로 가열되어 용탕 상태인 원료는 상온의 Argon 가스 분위기 챔버 내에서 자연 냉각하여 응고 시키고,In an arc melting furnace in an argon gas atmosphere where an arc beam can be generated, the internal pressure is fixed at 0.1 Pa, and then the quantified material is melted by the arc melting method to mix and synthesize the materials. The raw material in the molten state heated by the arc beam to a temperature of 3000 degrees or more is naturally cooled in an atmosphere chamber of Argon gas at room temperature to solidify,
용융-응고된 물질은 Arc melting furnace 내부에서 위아래로 3 차례 뒤집어 상기 방법과 동일한 과정과 조건으로 재용융-냉각한다. 이를 통하여 균질성과 순도가 높은 열에너지 저장 물질을 확보할 수 있다.The molten-coagulated material is inverted upside down three times inside the arc melting furnace and re-melted-cooled under the same process and conditions as above. This makes it possible to obtain a heat energy storage material having high homogeneity and high purity.
<평가예 1. X-선 회절 패턴>≪ Evaluation Example 1 > X-ray diffraction pattern >
실시예 1에 따른 열에너지 저장 물질에 대하여 X-선 회절 패턴을 측정하였다. 이를 통해 [도 2]의 X-선 회절 패턴을 얻었으며 그 결과, 거대 비열용량 물질은 Antiperovskite 구조이며, Ce3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)의 단일 상임을 확인하였다.An X-ray diffraction pattern was measured on the thermal energy storage material according to Example 1. As a result, the X-ray diffraction pattern of [Fig. 2] was obtained. As a result, it was confirmed that the giant non-heat capacity material was Antiperovskite structure and single phase of Ce 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3).
<평가예 2. 비열용량 특성 평가>≪ Evaluation Example 2. Evaluation of specific heat capacity characteristics &
실시예 1에 따른 열에너지 저장 물질에 대하여 비열용량 특성을 평가하였다. 비열용량 특성을 평가하기 위해 온도에 따른 비열용량을 측정하였으며, 이를 통해 [도3]의 비열용량 측정 결과를 얻었다. The specific heat capacity characteristics of the thermal energy storage material according to Example 1 were evaluated. In order to evaluate the specific heat capacity characteristics, specific heat capacity according to temperature was measured, and the specific heat capacity measurement result of [FIG. 3] was obtained.
실시예 1에 따라 제조된 Ce3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)는 순수한 Gd 금속에 비해 최대 150배 높은 비열용량을 갖는 거대 비열용량 특성을 나타낸다. [도 3]에 나타난 바와 같이 큰 비열용량을 가진 금속 물질인 Gd(비교예)에 비해 비열용량이 변화가 150배 이상 증가하여 매우 높은 효율을 보임을 알 수 있다.The Ce 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) prepared according to Example 1 exhibits giant specific heat capacity characteristics with a specific heat capacity up to 150 times higher than that of pure Gd metal. As shown in FIG. 3, the specific heat capacity is increased by 150 times or more compared to Gd (comparative example), which is a metal material having a large specific heat capacity.
<< 실시예Example 2. 2. GdGd 33 -- xx SnCSnC (-0.3 < x < 0.3)의 제조> (-0.3 < x < 0.3)
Gd 금속을 1 cm3, 10 g 으로 가공하고 Sn(metal shot)과 C(graphite piece)를 비율에 맞게 정량한다. Gd metal is processed to 1 cm 3 and 10 g, and Sn (metal shot) and C (graphite piece) are quantitatively measured.
Arc beam이 발생될 수 있는 Argon 가스 분위기의 Arc melting furnace에서 Arc melting method를 통해 정량된 원료를 용융하여 물질을 혼합·합성 한다. 가열되어 용탕 상태인 원료는 상온의 Argon 가스 분위기 챔버 내에서 자연 냉각하여 응고 시키고,In an arc melting furnace with an argon gas atmosphere in which an arc beam can be generated, the quantified materials are melted by an arc melting method to mix and synthesize the materials. The raw material which is heated and in the molten state is naturally cooled in an argon gas atmosphere chamber at room temperature to solidify,
용융-응고된 물질은 Arc melting furnace 내부에서 위아래로 3 차례 뒤집어 상기 방법과 동일한 과정과 조건으로 재용융-냉각한다. 이를 통하여 균질성과 순도가 높은 열에너지 저장 물질을 확보할 수 있다.The molten-coagulated material is inverted upside down three times inside the arc melting furnace and re-melted-cooled under the same process and conditions as above. This makes it possible to obtain a heat energy storage material having high homogeneity and high purity.
<< 평가예Evaluation example 3. X-선 회절 패턴> 3. X-ray diffraction pattern >
실시예 2에 따른 열에너지 저장 물질에 대하여 X-선 회절 패턴을 측정하였다. 이를 통해 [도 5]의 X-선 회절 패턴을 얻었으며 그 결과, 거대 비열용량 물질은 Antiperovskite 구조이며, Gd3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)의 단일 상임을 확인하였다.An X-ray diffraction pattern was measured on the thermal energy storage material according to Example 2. [ As a result, the X-ray diffraction pattern of FIG. 5 was obtained. As a result, it was confirmed that the giant non-heat capacity material was an Antiperovskite structure and a single phase of Gd 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3).
<< 평가예Evaluation example 4. 비열용량 특성 평가> 4. Evaluation of Specific Heat Capacity>
실시예 2에 따른 열에너지 저장 물질에 대하여 비열용량 특성을 평가하였다. 비열용량 특성을 평가하기 위해 온도에 따른 비열용량을 측정하였으며, 이를 통해 [도 6]의 비열용량 측정 결과를 얻었다. The specific heat capacity characteristics of the heat energy storage material according to Example 2 were evaluated. In order to evaluate the specific heat capacity characteristics, specific heat capacity according to temperature was measured, and the specific heat capacity measurement result of [FIG. 6] was obtained.
실시예 2에 따라 제조된 Gd3 - xSnC (-0.3 < x < 0.3)는 순수한 Gd금속에 비해 최대 150배 높은 비열용량을 갖는 거대 비열용량 특성을 나타낸다. [도 6]에 나타난 바와 같이 원재료 물질인 Gd(비교예)에 비해 비열용량의 변화가 150배 이상 증가하여 매우 높은 효율을 보임을 알 수 있다.The Gd 3 - x SnC (-0.3 <x <0.3) prepared according to Example 2 exhibits a giant specific heat capacity characteristic with a specific heat capacity up to 150 times higher than that of pure Gd metal. As shown in FIG. 6, the change in specific heat capacity is 150 times or more as compared with that of the raw material Gd (comparative example), indicating that the efficiency is very high.
Claims (6)
[화학식 1]
A3- xSnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임)
A thermal energy storage material characterized by the following formula (1):
[Chemical Formula 1]
A 3- x SnC
(Where A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3)
상기 열에너지 저장 물질은 안티페로브스카이트(Antiperovskite) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 물질.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal energy storage material has an antiperovskite structure.
(b) 단계(a)에서 얻어진 합성원료를 재용융-냉각하는 단계;
를 포함하는,
하기 화학식 1로 표현되는 열에너지 저장 물질의 제조방법:
[화학식 1]
A3- xSnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임).
(a) preparing a synthesis raw material containing either Ce or Gd and Sn and C by a melt-cooling process; And
(b) re-melting-cooling the starting material obtained in step (a);
/ RTI >
A process for producing a thermal energy storage material represented by the following Chemical Formula 1:
[Chemical Formula 1]
A 3- x SnC
(Wherein A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3).
상기 단계(a) 및 단계(b)는 각각 아크 용해법(Arc melting method)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 물질의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (a) and the step (b) are performed by an arc melting method, respectively.
상기 단계(a) 및 단계(b)는 각각 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 열에너지 저장 물질의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the steps (a) and (b) are performed in an inert gas atmosphere, respectively.
[화학식 1]
A3- xSnC
(여기서, A는 Ce 또는 Gd이고, x는 0 또는 소수이며 -0.3 < x < 0.3임).A thermal energy storage system using a thermal energy storage material represented by the following formula
[Chemical Formula 1]
A 3- x SnC
(Wherein A is Ce or Gd, x is 0 or a prime number and -0.3 < x < 0.3).
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| KR20230074403A (en) * | 2021-11-19 | 2023-05-30 | 성균관대학교산학협력단 | Two-dimensional hydrogen ion intermetallic compound conductor and manufacturing method for the same |
-
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Thorsten M. Gesing et al. The Perovskite Carbides A3MC. A Journal of Chemical Sciences. 1997. Volume 52, Issue 2, Page 176-182. 사본 1부.* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230074403A (en) * | 2021-11-19 | 2023-05-30 | 성균관대학교산학협력단 | Two-dimensional hydrogen ion intermetallic compound conductor and manufacturing method for the same |
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