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수소와 에너지 저장 재료로서 알루미늄 수소화물의 과거, 현재 및 미래

전문가 제언: ○ 알루미늄 하이드라이드(AlH3)와 관련화합물은 지난 50년 동안 상당한 과학 및 기술적 연구 동기를 부여한 매혹적인 재료이다. 주로 높은 에너지밀도 때문에 AlH3은 로켓연료, 폭발물, 환원재 및 휴대용 연료전지를 위한 수소원으로 사용된 유망한 수소 및 에너지 저장재료이다.

○ 이 논문은 AlH3 연구의 과거, 현재 및 미래를 다루고 -AlH3과 다른 동질이성체(미세결정 반응, 배치 및 연속적인 방법)의 합성, 결정구조, 열역학 및 운동학(결정입자 크기, 촉매 및 표면코팅의 함수로서), 고압 수소화 실험과 가능한 재생경로의 합성에 대한 최신 연구개발을 포함한다.

○ 두 개의 다른 범위에서 AlH3 코팅된 안락의자(armchair) 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 수소 저장능력을 조사하였다. CNT와 AlH3의 결합성은 화학흡착이다. 그 결과 각 AlH3은 셋이나 넷 수소분자까지 결합할 수 있다. 이들 시스템은 상당히 안정적이고 H2는 탄소나노튜브로부터 C-Al결합을 방해하거나 AlH3을 분리하지 않고 시스템으로부터 추출될 수 있다.

○ C5AlH3(반)과 C10AlH3(완전)의 두 시스템 중에 C5AlH3 시스템이 가능한 수소 저장재료로 자격이 부여되었다. H2당 평균 결합에너지는 추천된 0.10～0.2eV의 범위이다. 반 범위의 수소 저장능력은 8.3%이다. 이 값은 미국 에너지부(DOE)에 의해 고정된 표준을 만족한다.

○ 인하대학교 남진우 등은 수소 흡장반응이 일어나는 동안 금속수소화물 용기 내부의 열 및 물질전달 특성을 연구하기 위해 3차원 해석 모델을 개발하였다. 시뮬레이션을 통한 핵심내용은 수소 흡장반응 초기에는 전면에 걸쳐 균일하게 반응이 일어나는 반면 시간이 지나면서 냉각효과 차이에 기인하여 용기의 벽면에서 수소 흡장율이 높아진다. 결과적으로 벽면의 경우는 100초 이내에 수소 흡장율이 포화상태에 도달하지만 용기 중심부는 200초 경과 후에도 포화상태에 도달하지 못하였다. 시뮬레이션을 통한 디자인 최적화가 필요하다는 사실을 입증해 준다.

저자: J. Graetz et al,
자료유형: 학술정보