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Mg-xNi-3La합금의 미세조직과 수소저장 특성에 미치는 Ni함량의 영향

전문가 제언: ○ 무공해이며 풍부한 에너지원으로서의 수소는 인류 궁극의 연료로 지목되고 있다. 이 수소를 효율적이고 안전하게 사용하기 위한 저장용 고체금속으로 1960년 최초로 네덜란드의 필립스사에서 La-Ni계의 수소저장합금을 개발하였다. 이것은 금속과 수소가 반응하면 금속이 수소가스를 흡수하게 되어 금속수소화물을 생성하고, 이를 다시 가열하면 수소가 방출되는데, 금속에 따라 흡수·방출의 양과 난이도가 다르다.

○ 주기율표상의 50여개 원소들이 상당한 양의 수소를 흡수한다는 사실은 수소저장 후보재료가 많이 있다는 뜻이다. 이 많은 재료 중에서 Mg는 풍부하고 저렴하며 특히 수소저장용량이 7.6wt%로 매우 높은 장점이 있다. 그러나 표면산화층을 통한 느린 수소확산과 수소화에 의한 재료의 손상 때문에 수소의 흡수와 방출반응이 원만하지 못하다.

○ 2000년 초까지 많은 연구를 통하여 Mg의 수소화특성을 개선하기 위한 노력으로 조성과 구조상의 개선이 있었다. 즉 가장 중요한 구조상의 변화는 큰 비표면적과 짧은 확산거리를 갖는 나노구조를 통한 수소저장능력의 개선이다. 조성변화와 관련하여서는 천이금속 또는 희토류 등을 이용한 Mg복합재료를 제조하는 것이며 이것을 기계적 밀링으로 미세분말로 하여 200oC의 낮은 온도에서도 수소방출이 가능하게 되었다.

○ 본 분석은 가장 바람직한 수소저장 후보재료인 Mg-Ni-RE계 복합재료는 조직이 잘 분산되어있고 Ni와 RE의 협동작용 효과로 수소저장능력이 증가한 것을 보여준다. 예로서 HCS+MM공정으로 제조된 Mg88.5NixLay (y/x=1/16)복합재료는 373K에서 30초 동안에 4.45wt%의 포화상태 수소 흡수 능력을 가지며 수소 흡수와 방출특성은 HCS+MM으로 제조된 Mg88.5Ni11.5복합재료에 비하여 성능이 크게 향상되었다.

○ 이 분야 연구는 서방 선진국에서 처음 시작 된 이래 뒤늦게 최근 중국에서 폭발적으로 진행되고 있으며 한국에서도 1990년 후반부터 KAIST에서 처음 시작하여 전북대, 전남대, 한양대, 공주대등의 대학과 KIST, 재료연구소 및 한국세라믹기술원 등의 연구소에서도 활발히 연구를 수행하고 있다.

저자: Yujie Lv, Bao Zhang, Ying Wu
자료유형: 니즈학술정보