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수소저장 M-N-H 시스템

전문가 제언: ○ 금속 수소화물의 반응 키네틱스를 개선코자하는 방안은 2가지가 있는데 그 중 하나는 촉매의 첨가로 시스템의 가역성을 개선한다. 두 번째는 나노크기 재료의 확산거리를 짧게 하여 반응속도를 높인다. 입자크기를 감소시켜 표면에너지의 변화를 주는 것도 반응물의 열역학 안정성과 상전이에 변화를 줄 수 있다는 것이 전문가의 일반적인 견해이다.

○ 수소화물 반응의 엔탈피가 크면 평형수소 압은 낮고 평형압에 소요되는 온도는 높다. 다성분 화합물의 화학결합을 약화시키는 비안정화는 다른 수소화물을 첨가하여 수소밀도를 감소시키며 비안정화를 형성한다. 이들 종은 다중 합금이나 화합물로 진행시킬 수 있어 몇 개의 조성으로 할 수 있다. 고체용액의 조성을 변화시키면서 엔탈피의 변화를 주고 이는 수소평형압을 변화시키는 것이 된다.

○ 이 글에서 기술하고 있는 초점은 M-N-H 시스템에서 N-H의 결합과 N-M의 결합에서 양하전(Hδ+)과 음하전(Hδ-)을 띤다. 이렇듯 Hδ+와 Hδ-의 비정상적 전위가 아미드와 수소화물로 유도하고 이들끼리의 반응으로 수소저장 신공정 및 재료를 개발하는 근거를 주는 장점을 말하고 있다.

○ 이 중에서 대표적으로 Li-amide 시스템은 285℃, 1기압에서 6.5wt%의 수소가 가역적으로 저장된다. 이 시스템은 고온과 암모니아가 부산물로 생성되는 문제점이 있다. 최근의 연구는 암모니아 생성을 억제하고 다른 금속을 치환하는 등의 방법으로 저온에서의 유효한 가역수소의 양을 증대시키는 것이다. 최근의 연구는 Li(Mg)-N-Si가 LiNH2를 Li(Mg)수소화물로 탈수소하는 동안 얻어지는데 이들은 7wt%의 수소저장능을 보여준다.

○ 그러나 재료들은 아직 US DOE의 온도와 용량 목표에 어느 것도 이르지 못하고 있다. 금속수소화물의 중요한 문제는 충전 시 0.5~1MW 열의 제거, 1,000 사이클 이상의 내구성 및 금속 수소화물의 미분화 문제를 고려한 설계가 이루어져야 한다.

저자: Ping Chen et al
자료유형: 학술정보