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나노 합금계 수소 흡수 저장 재료의 특징과 개발동향

전문가 제언: ○ 연료전지 자동차를 위한 수소 저장 목표는 미국의 에너지부(DOE)에서 5% 이상을 정해두고 있다. 이는 기존의 가솔린 차량이 한 번 충전으로 300마일 이상을 주행하는 것과 견주어 연료전지 차량이 2.5～3배의 효율증대를 갖는다고 가정한다. 수소의 저장은 압력을 가하는 물리 저장, 금속 수소화물, 화학적 수소 저장과 탄소재료에 대한 수소 저장기술이 있다.

○ 이 글은 금속 수소화물 중 직경 100nm 이하의 Pd 입자를 주 대상으로 하여 입자와 온도 의존성을 기술하고 있다. 이는 벌크 Pd보다도 압력과 온도가 낮은 데서 흡수 저장이 이루어지며, 나노입자의 수소 흡수 저장은 열역학적 양의 변화에 입자 효과의 영향을 기술하고 있다.

○ PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 차량의 운전 가능한 P-T 영역은 1∼10기압과 25∼125℃ 범위이다. 몇 가지 금속 수소화물은 이 범위에서 수소 공급/방출시스템에 연료전지의 폐열을 이용할 수 있는 온도 영역이다.

○ 낮은 온도에서 빠른 수소 교환 키네틱스(kinetics)를 갖는 금속 수소화물의 개발이 가장 큰 과제이다. 나노기술이 금속 수소화 반응물의 입자 크기, 구조 및 표면 특성을 개선하여 키네틱스를 향상시킬 것이며 촉매의 도입이 한계를 극복할 것이다.

○ 나노기술은 사이클을 반복하면 수소를 교환하는 동안에 소성에 의하여 입자가 증가한다. 이것은 다공 골격 구조가 구조 지지제 역할과 입자 성장을 억제한다. 앞으로의 연구는 큰 다공 부피와 동일 다공 크기를 갖는 고정구조 지지로 용량의 증대와 키네틱스의 촉매효과 제고 및 구조골격 내의 비안정화 반응의 평가 등이다.

○ 아직까지 미국 에너지부의 목표에 맞는 수소 저장재료는 없다. 일부 개선된 키네틱스와 낮은 분해 온도의 금속 수소화물은 기술 적용에서 추가적인 연구가 필요하다. 상온에서의 높은 저장 성능을 갖는 금속수소화물 재료와 저가의 재료 개발은 수소 경제 성공의 길이 될 것이다.

저자: M. Yamauchi
자료유형: 학술정보