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나노카본의 수소 저장 특징과 동향

전문가 제언: ○ 카본재료 등 고체 저장 시스템은 수소원소를 저장하는 방법보다 단순함과 안전성 때문에 연료전지 자동차 설계에서 선호되고 있다. 그러나 카본을 포함하는 이들 고체 시스템도 오랫동안 DOE의 목표를 따라 잡지 못했는데, 80년 후반부터 개발되기 시작한 플러렌(fullerene), 나노파이버 등 카본나노구조의 개발이 효율적인 수소 저장의 새로운 가능성을 열고 있다.

○ 수소 저장 재료 세 그룹의 흡착에너지에 대한 일반적 개념은 아래와 같다.

- 그라펜의 층간 거리에 첨가제를 투입하여 물리 흡착을 강화한다. 이는 탈착온도를 높이지만 재료 밀도의 증가라는 이득이 있다.

- Kubas 결합: 전이금속의 수소분자 콤플렉스로서, 이러한 유기금속 배위결합 화합물은 수소분자의 화학결합이 금속과 반응하여 비교적 강한 수소분자 흡착을 이룬다.

- 스필오버 : 첨가물은 촉매의 활성단으로 작용하여 수소를 해리시키고 해리수소는 스필오버하여 탄소원자와 결합한다.

○ 최근 DOE가 지원한 SWCNT의 수소 저장 연구는 TPD(Temperature Programmed Desorption)와 Sivert 부피방법의 실험기법에서 첨가한 금속합금에 2~3wt%의 수소의 저장과 재현성이 관찰되었다. 플러렌에 결합된 전이금속 원자는 고밀도, 상온, 상압에서 수소를 저장할 수 있음을 NREL과 NIST에서 보고하였다. Sc가 첨가된 플러렌은 최대 가역수소 저장밀도가 9wt%에 가깝다.

○ 이 글은 SWCNT 번들이 수소에 대하여 유효한 간격 사이트와 곡면 사이트를 갖는다. 특히 간격 사이트의 용량과 크기의 제어가 중요하다. SWCNT를 산처리 하면 간격 사이트 용량이 증가하여 수소 흡착량도 증가한다. 또 튜브 간 거리가 비교적 큰 DWCNT는 SWCNT보다도 수소 흡착성이 우수하였다.

저자: K. Kaneco
자료유형: 학술정보