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금속-N-H 시스템의 수소저장 개발현황

전문가 제언: ○ 수소흡장합금은 단위 중량 당 수소저장량이 크고, 탱크의 중량이 가벼워야 하는 점이 고려되는데, 2002년, Chen(싱가폴대) 등이 Li3N이 200~400℃의 온도에서 10.4wt%의 수소를 흡장한다고 Nature 지에 보고한 후, 세계적 관심을 모으게 되었으며, 이것이 금속-N-H계 수소저장재료의 연구개발의 주류가 되었다.

– 그러나 이 반응은 수소저장상태가 에너지적으로 대단히 안정되어 수소방출에는 400℃이상의 고온이 필요하다. 이런 가운데 Chen등은 LiNH2와 LiH의 H가 반대 극으로 하전되어 이들의 강한 친화력으로 H2분자가 유리된다고 제시하였다. 이에 대하여 Ichikawa 등이 TDS와 FTIR을 적용한 LiH와 LiNH2에 Deuterium을 트레이서로 도입하면서 이 반응에 Ichikawa 등이 주장하는 NH3의 개입여부를 실험적으로 입증해 보이고 있다.

– 즉 Chen 등이 주장하는 LiNH2와 LiH가 직접 충돌하여 중간상태인 Li2NH3를 형성한 후 Li2NH와 H2로 분해한다는 모델은 실험결과와 맞지 않으며, 수소와의 결합상태를 강약의 모델이 아닌 것을 상정하면서 “LiNH2가 열에너지에 의해서 Li2NH와 NH3로 분해하고, 그 후 생성한 NH3가 LiH와 충돌하여 중간상의 LiNH4를 형성, 직접 LiNH2와 H2로 분해하는 중간과정(intermediate)이 존재 한다”는 결론을 제시하면서 상기 2개의 실험결과와 부합함을 보고하였다.

○ M-N-H계 재료는 역사가 길지 않고, 전공이 다양하게 구성된다. 그래서 종래의 수소의 다이나믹스에 치중했던 상황에서 벗어나 원자의 이동, 기체의 확산 등을 고려한 고상반응임을 고려해야 한다. 이런 가운데 8LiH + 3Mg(NH2)2반응은 수소흡장량이 우수한 점이 인정되나 역시 탈착온도의 저하가 문제점으로 보인다.

○ 이제 그간 도외시했던 불균일화 반응도 논의에 포함시킬 필요가 있다. 또한 수소의 흡장, 방출반응의 문제는 표면, 특히 표면개질의 수단으로 불균일 촉매의 개발 및 그의 메커니즘 규명이 금후의 과제이다. 공학, 화학, 물리 등 전공자들의 협동연구가 요구된다.

저자: T. Ichikawa et. al.
자료유형: 학술정보