수소 저장 합금

<수소저장합금(Hydrogen Storage Alloys)>

1. 개요

- 수소를 저장하는 여러 가지 방법(기체수소저장법, 액체수소저장법, 수소저장재료 이용법) 중 수소저장재료 이용법으로 고체인 금속계 재료에 수소저장기술을 실현한 것임
- 수소저장합금(금속) 또는 수소흡장합금(금속)으로 지칭
- 수소와 고체재료인 금속(합금)의 반응에 의해 수소화물(Metal Hydrides)을 형성하여 수소를 저장함, 즉 금속 결정격자안에 수소원자가 침입하는 것에 의해 수소화물 형성
- 체적당 수소밀도가 기체수소/액체수소보다 높고 수소화 반응에 고압이나 저온을 필요로 하지 않아 안전하고 효율적으로 콤팩트한 수소저장기술을 실현 가능함
- 금속계 재료는 상 분리를 수반하지 않고 수소를 저장/방출함
- 재료의 열화없이 반복 사용 가능하며, 내구성과 반응속도 면에서 우수함

 

2. 수소저장의 원리

- 수소저장합금(M)은 수소(H2)와 가역적으로 반응하여 결정의 격자 안에 원자상의 수소를 받아들여 금속수소화물(MHn)을 형성함

- 수소화물의 형성과 분해 반응을 각각 수소의 흡수저장과 방출이라 함.
(=> 수소의 흡수저장: 발열반응)

M + n/2 H2 <=> MNn
( <= 수소의 방출: 흡열반응)

3. 합금(M)을 구성하는 원소

- 수소화물 생성열이 음(-)인 원소 A: 수소를 잘 흡수하여 강하게 결합하는 희토류 금속(란탄(La), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg) 등

- 수소화물 생성열이 양(+)인 원소 B: 수소를 잘 흡수하지 않는 천이금속(철(Fe), 니켈(Ni) 등으로 분류

- 이들 2원계 재료의 적절한 조합으로 수소를 흡수하기도 하고 방출하기도 하는 수소저장합금을 생성하여 ABn과 같이 표시함

예) AB5형으로 LaNi5 의 경우
LaNi5 + 3H2 <=> LaNi5H6

4. 수소저장합금의 조건

- 활성화가 용이할 것
- 수소의 저장능력이 클 것
- 수소의 흡수 및 방출속도가 클 것
- 사용온도에 적합한 생성열(반응열)을 가지고 있을 것
- 수소의 흡수와 방출 과정에서 평탄압력을 나타내는 플래토(Plateau) 영역이 크고, 그 경사도가 작을 것
- 수소의 반복적인 흡수와 저장에 따라 열화되지 않을 것
- 불순가스에 대한 내피독성이 클 것
- 합금의 가격은 저렴하고 가벼울 것
- 합금의 미분화가 작고, 내구성이 우수할 것

 

- 등온선: 각각의 온도축의 TH, TL에서 압력과 고상 조성과의 관계
- 세로축: 각 온도에서의 평형수소압
- 가로축: 고상중의 수소원자 H와 금속원자 M의 비
- 일정온도 TL의 상태로 수소압력을 급격이 상승시키면, 금속표면에 흡착된 수소가 해리되어 금속 내부에 용해하여 고용체를 생성함
- H/M조성은 B점까지 증대되며, 이 범위의 수소가 고용된 금속상을 알파(α)상이라 함
- B점에 도달하면 수소압력의 변화는 거의 없이 α상에 확산되는 수소와 반응하여 수소화물인 베타(β)상으로 변함
- α상과 β상이 공존하는 조성범위(α+β)가 있고, 그 범위 내에서 일정한 온도조건에서 평형수소압이 거의 일정해 지며, 이와 같이 등온선의 수평한 부분인 BC사이를 플래토라 부름
- 대부분의 α상이 β상이 되면 C점이 되고, 그 후 다시 압력을 올리면, β상의 조성이 화학양론 조성에 근접함
- 수소의 저장과 방출 과정은 가역적이며, 저장과 방출의 평형수소압의 차이인 이력현상(히스테리시스: hysterisis)을 나타내며, 히스테리시스가 적은 합금이 압력과 온도 조작에 의해 반응 제어 용이하여 수소 저장에 적합
- PCT곡선의 플래토 영역의 위치와 폭이 중요하며, 플래토의 폭은 가능한 넓고 평탄한 쪽이 좋음.

수소저장합금.hwp

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금속을 이용한 수소 저장 운반 기술분야 특허출원 활발_20191024_R1910859 (1).pdf

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고용량 수소저장합금의 개발 동향_KISTI_20131101.pdf

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https://www.youtube.com/watch?v=CCoaK3s4j34

 

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물에 반응한 수소 방출

수소 발생 장치_1020157000779.pdf

0.54MB

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당소 출원 건

1020150135981.pdf

0.77MB

1020150159540.pdf

0.84MB