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수소저장을 위한 3D 나노구조의 샌드위치형 그래핀-플러렌 복합재료

전문가 제언: ○ 수소저장은 수소시대를 바라보면서 자동차에 적용하는 인프라를 구축하고자 하는 것이다. 이에 따른 수소저장 목표는 US DOE가 정하기를 자동차에 탑재(on-board)한 수소저장으로 300마일주행이 가능하여야 한다. 수소 탑재저장은 무게와 부피 및 가격이 기존의 자동차와 비교해서 비슷해야하며, 300마일을 운행하는데 5kg이 최소 필요하다고 보고 있다. 모바일 수소저장은 압축이나 액화를 통한 물리적 저장과 수소화물을 이용하는 화학적 저장 방법이 있다.

○ 화학적 저장에는 많은 방법이 있는데, 금속수소화물, 암모니아 및 액체유기수소 캐리어(LOHC)와 그래핀 등이다. 이들에 대하여 많은 연구가 이루어져 왔으며 금속수소화물은 DOE목표를 만족하지 못해 더 연구가 필요하고, 암모니아 보란(borane)은 고가에다 재생을 위해 다시 공장으로 보내야한다. LOHC는 재생사이클이 제한적이며 값이 비싸고 그래핀은 높은 수소밀도를 가지나 아직 작은 원자조각으로 존재하여 큰 저장 탱크로는 더 연구가 필요하다.

○ 이런 가운데 이글은 그래핀과 플러렌으로 집을 짓듯이 층을 쌓는데, 기둥에 해당하는 물질로 Li이나 Mg 알칼리 금속을 첨가하여 흡사 여러 층의 고인돌 형태로 하는 것이다. 수소저장 연구의 초기에 금속수소화물이 각광 받고 지금도 여러 형태의 연구가 진행되고 있지만, 문제는 수소방출시 화학흡착한 수소를 떼어내는데 엄청난 에너지가 들어가는 것이다. 그러나 이글의 연구는 수소가 고인돌의 틈새에 들어가서 저장되고 또 쉽게 방출되는 구조라 눈여겨 볼만하다.

○ 요즈음 탄소재료의 수소저장 연구가 부쩍 느는 경향을 보이는데, 국내는 외국어대의 산화그래핀으로 메조다공재료의 수소저장, 인하대의 그래핀 옥사이드 층간 복합체의 수소저장에 관한 특허, 건국대의 그래핀 이용 수소저장물질에 관한 특허가 있다. 연구보고서로는 경북대의 상온상압에서 고용량 수소저장특성의 그래핀 소재개발, KAIST의 연료전지 응용 그래핀 기반물질연구 등이 있는데, 플러렌으로 더욱 발전이 있기 기대한다.

저자: Zeynel Ozturk, et al.
자료유형: 니즈학술정보