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나노구조 금속수소화물의 수소저장 특성에 관한 사이즈효과

전문가 제언: ○ 이 글은 미국 MIT의 과학자들이 금속수소화물의 수소저장특성에 대하여 나노구조의 재료가 여하한 메커니즘과 반응성을 통하여 이루어지는가에 대한 보다 심층적인 연구결과를 기술하고 있다.

○ 미래의 수소시대를 바라보면서 선진 각국이 각축을 벌이는 연료전지 자동차의 실용화 여부는, 연료전지의 개발에도 전극과 전해질 및 촉매 등 아직도 많은 기술적문제가 산적한 상태이다. 이 가운데서도 더욱 선행되어야할 기술적 문제는 수소의 온보드 저장이 기존의 가솔린자동차와 견주어 기술적 경제적 및 편의성에서 뒤지지 말아야 한다는 것을 여러 가지의 과학적 수치로 제시하고 있는 것이 미국 DOE의 목표이다.

○ DOE의 목표에 접근하기 위한 여러 가지의 기술적 접근에서, 나노기술의 활용은 CNT, MOF 및 에어로겔 등이 대표적이며, 금속수소화물의 볼밀링이나 CVD같은 제조법에 의한 투입화합물들을 나노화하여 나노구조의 화합물을 제조할 수 있다.

○ 나노재료가 모두 우수한 성능을 주는 것으로 이해하는 것은 잘못된 것으로, 열역학적인 기구의 선결적인 이해가 요구되고 있다. 나노기술이 수소방출온도의 감소 및 생성엔탈피를 저하시키는 것은 주지하는 바이며, 이런 실험결과가 나노기술의 타개방향을 열어가는 확고한 의지가 있음은 분명하다.

– 이러한 장점에 반하여 작은 입자와 입계는 흡수 키네틱을 향상시키나 열전달을 악화시키며, 나노구조 내의 스트레인은 α상의 수소 확산을 도우나, α-β계면의 확산과 최대 수소저장능력을 감소시킨다.

○ 금속수소화물의 1차 성능은 수소 저장능력의 증가이다. 그러나 다른 열역학인자와 관련하여 금속수소화물의 수소흡착능이 다소 감소하드라도, 빠른 수소흡수/방출 반응속도와 높은 열전도도가 선호되며, 긴 방출시간과 고온이 가해지는 것은 바람직하지 못하다. 따라서 온보드 수송적용은 사이클성도 더한 충분한 범위의 성능이 선호될 것이다.

저자: Vincent Berube et al
자료유형: 학술정보