수소저장합금의 원리와 기술개발

소개

수소저장합금에 대한 전반적인 내용과 기술개발에 대한 리포트입니다.

목차

1)수소저장합금의 이해
2) 수소저장합금 개발현황

본문내용

수소저장합금
1)수소저장합금의 이해
수소는 여러 종류의 금속과 반응하여 금속수소화물을 생성한다. 예를 들어, Mg, Ti 그리고 La는 각각 MgH2, TiH2 그리고 LaH3라는 안정적인 금속수소화물을 생성한다. 한편, Fe와 Ni를 고온F고압 하에서 수소와 반응시키면 수소화물은 불안정해진다. 안정한 수소화물을 생성하는 금속과 불안전한 수소화물을 생성하는 금속과의 합금에는 가역적으로 수소와 응하는 능력을 가지는 것이 있다.
그 중에서 상온, 대기압 부근에서 수소와 반응시키면 금속수소화물의 형태로 수소를 저장하고, 가열과 감압에 의해 쉽게 수소를 방출하며 그리고 그 반응속도가 큰 합금을 수소저장합금이라고 한다. 수소저장합금에 의한 수소저장법의 특징5)은 다음과 같다.
① 높은 수소밀도를 얻을 수 있고, 체적에너지밀도는 메탄올과 비슷하다.
② 상온에서 체적당의 수소저장량이 많다.
③ 고압용기 및 단열용기가 필요치 않다.
④ 장시간의 저장이 가능하다.
⑤ 안전성이 매우 높다.
⑤ 순도 높은 수소를 방출한다.
금속결합성 수소화물(침입형 수소화물)형태로 수소를 저장하는 수소저장합금에서 수소원자가 점유하는 금속의 격자간 위치는, 그림.2에서 보는 것처럼, 다음의 두 가지가 있다.
① 금속원자 6개로 둘러싸여진 6배위의 팔면체 격자간 위치(O-site, 팔면체좌)
② 금속원자 4개로 둘러싸여진 4배위의 사면체 격자간 위치(T-site, 사면체좌)
fcc, hcp의 금속 단위격자 당 1개의 O-site와 2개의 T-site가 존재하여, bcc단위격자 중에는 3개의 O-site와 6개의 T-site가 존재하지만, 보통 수소는 이들의 일부만이 점유되고 있다. 금속의 원자반경의 크기에 따라 다르며, 원자반경이작은 Pd, Ti 등에서는 O-site로, 원자반경이 큰 희토류원소 Zr 등에서는 T-site로 들어가는 경향이 있다. 실제 수소의 점유위치는 모체금속이 fcc격자인 Ni, Pd 등의 경우에는 O-site에, 모체 금속이 bcc격자인 V, Nb, Ta 등의 경우에는 T사이트에, Sc, Y, 희토류, Ti, Zr 등과 같이 모체 금속이 hcp격자의 경우, 주로 T-site이다.
금속의 격자를 구성하는 원자들 사이(hydrogen site)에 침입한 기체수소를 고형화한 형태로 저장하는 금속수소화물의 구조해석 결과에 의하면, 격자사이의 수소원자는 서로 2.1Å이상 떨어져 있으나(Westlake 경험법칙) 이 거리는 수소분자의 Van der Walls 반경인 3.48Å보다도 작기 때문에 단위체적당의 수소원자밀도가 높게 되므로, 금속수소화물의 경우에는 저 체적의 안전한 저장방법이라고 말할 수 있으며, 이것이 수소저장합금의 최대 특징이다. 이 수소점유 site의 크기는 평형 수소 압에 크게 관계하며, 수소자리의 크기가 작아지면 수소원자가 들어가기 어렵게 되고 평형 수소 압은 높아진다. 반대로 커지면 평형 수소 압은 낮아지며, 이러한 수소저장합금의 중요한 특성인 PCT곡선에 나타난다. 일반적으로 수소와 금속의 수소저장 반응실험은 일정온도, 일정압력의 수소가스와 금속을 반응시킨다. 반응조건은 금속(합금)의 종류에 따라 다르지만, 온도와 압력을 가감시켜 수소를 흡장이나 방출을 되풀이 하면, 가역적으로 수소를 저장 및 방출하는 활성상태로 된다.

참고자료

· 없음