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수소저장 신물질 및 그 개념의 첨단연구

전문가 제언: ○ 수소시대의 연료전지 자동차의 상업화는 반응물(연료)의 크로스오버를 방지해야 하는 MEAs 등의 개발과 Pt 등 귀금속에서 탈피한 경제적이고 효율적인 촉매의 개발 등 많은 기술적 장애가 많다. 그런 가운데서도 수송용 연료전지 자동차의 개발은 온보드 수소저장 기술의 개발이 우선적으로 이루어져야 한다.

○ 이 기술의 개발을 위하여 카본 나노 재료, 금속 수소화물 및 원자력을 이용한 열화학 사이클 등의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 실험실적으로는 미국 에너지부(US DOE)의 2010년의 목표인 6wt%를 초과하는 연구결과가 있으나 아직 재현성과 수소의 흡방출 시의 PEMFCs의 반응조건인 낮은 온도와 압력의 조정범위에 들어가는 재료가 아직 나오지 않고 있다.

○ 이 논문에서 기술하고 있는 신물질의 개발과 그들의 흡탈착 개념은 기존의 화학결합 메커니즘의 기본 틀을 뛰어넘으면서 새로운 개념을 정립해가는 내용으로 많은 흥미를 준다. 큰 흡착면적을 갖게 하는 나노 다공 구조를 기본으로 물질 이동을 원활하게 하는 시도나 폴리머와 고체로 된 격자 위에 펜던트 그룹의 도입으로 수소결합의 증대 등이 있다.

○ 클라스레이트는 저온 고압력 하에서 물 분자가 수소결합을 하여 나노 사이즈의 케이지 구조(호스트 격자)를 만들고 그 가운데 기체분자/원자가 게스트로 포접된 화합물이다. 수소 클라스레이트는 수소의 저장능을 갖기 위해서는 극히 높은 압력(2kbar)이 저장재료를 만드는데 소요되어 실용화와 거리가 있다.

○ 이의 개선을 위하여 KAIST의 Lee 등은 THF를 함유하는 2원 클라스레이트 하이드레이트로 수소저장 능력을 유지시키는 가운데 수소 게스트의 조성을 조정함으로써 적정압력 하에서 4wt%까지 증가시킨 것을 보고하였다. 조정 메커니즘은 수용성 하이드레이트 촉진제와 여러 가지 작은 가스 게스트를 사용하는 편리한 것이었다. 심층 분석 기술과 물성의 규명을 통한 좋은 결과가 있기를 기대한다.

저자: Shangzhao Shi, Jiann-Yang Hwang
자료유형: 학술정보