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수소저장 물질로서의 주족 원소의 비수소화물 시스템

전문가 제언: ○ 화석연료의 고갈과 지구 온난화에 대한 경각심이 높아짐에 따라 수소 경제 시대가 준비되고 있다. 차량 동력원으로 온 보드 수소연료전지의 실용화를 위한 연구가 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

○ 지금까지 수소저장 기술로 개발되어온 고압압축과 극저온의 액화방식이 안전성과 에너지밀도의 관점에서 부적합함은 자명하다. 미국 에너지부는 2010년까지 수송용 수소저장 기술의 목표로 최소 수소저장 능력 6.0중량%와 60~120℃ 근처의 낮은 수소 배출온도를 제시하였다.

○ 현재 연구방향은 따라서 결합에너지가 너무 크지 않아 고체고분자-연료전지(PEMFC)의 작동온도 근처에서 수소의 흡착/탈착 가역반응이 가능하고 수소함량이 높고 표면적이 큰 미세 다공성을 주로 이용한, 실온에서 가벼운 원소의 고체인 수소저장 방식이 주목을 받게 되었다.

○ 수소 결합은 결합에너지 면에서 4종류로 대별된다. 첫째 4kJ/mol 등의 물리흡착, 둘째 10~50kJ/mol의 부류, 셋째 50~100kJ/mol의 금속 수소화물, 넷째 100kJ/mol 이상의 화학 수소화물이다. 이중 둘째 부류가 수소 흡착/탈착이나 방출이 쉬워 연료전지용 수소저장에 적합하다.

○ 이 글에서는 가벼운 주족 원소로 된 질화리튬, 암모니아 보란, 탄소나노튜브, 제올라이트의 네 종류의 유망한 수소저장 물질에 대한 최근 연구를 고찰하였다. 기존의 Ni수소전지 등에서 사용되어 온 금속 수소화물 및 Mg계 수소흡장합금이나 초격자 수소흡장합금 등은 제외하였다.

○ 질화리튬은 양호한 가역성과 큰 수소저장 능력을 가지나 수소 흡착/탈착온도가 높다. 적합한 첨가제를 발견하면 탈착온도를 100℃ 정도 낮출 수 있어 유망하다. 암모니아 보란은 높은 수소함량을 갖고 흡착온도가 낮지만, 비가역성과 수소 이외 다른 가스 방출의 문제가 있어 연구가 필요하다. 탄소나노튜브는 수소흡장 능력이 범위 내에 들 잠재력이 있어, 본 목적에 맞는 특별 구조를 갖는 합성법의 개발과 재현성 향상이 필요하다. 수소저장 능력이 너무 낮은 제올라이트는 부적합해 보인다.

저자: Henrietta W. Langmi et al
자료유형: 학술정보