연료전지 기본개념 및 응용분야 - cnuenergy.cnu.ac.kr/home/down/cyber_eng9.pdf · 1) bcc...

신에너지신에너지 첨단첨단 소재소재 및및 혁신혁신 융합융합 기술기술 –– 제제 9 9 강강

수소에너지수소에너지 저장저장 기술기술(1)(1)

목목 차차

# # 고압고압 저장저장 기술기술

# # 액체수소액체수소 저장저장 기술기술

# # 금속계금속계 수소화물수소화물 소재소재 저장저장 기술기술

고압고압 저장저장 기술기술


# # 기본적인기본적인 66가지가지 수소저장방법수소저장방법 및및 특징특징

저장방법저장방법무게밀도무게밀도

((무게무게%)%)

부피밀도부피밀도

(kg(kg--HH22/m/m33))적용온도적용온도

((℃℃))적용압력적용압력

(bar)(bar)

고압고압 수소수소 저장저장 1313 < 40< 40 실온실온 800800

액화액화 수소수소 저장저장크기에크기에 따라따라

달라짐달라짐70.870.8 --252252 11

물리흡착에물리흡착에 의한의한

저장저장≒≒ 44 2020 --208208 7070

금속수소화물에금속수소화물에 의한의한

저장저장≒≒ 22 150150 실온실온 11

복합수소화물에복합수소화물에 의한의한

저장저장1818 150150 실온실온 11

알칼리알칼리 복합체와복합체와

물에물에 의한의한 저장저장< 40< 40 > 150> 150 실온실온 11


# # 고압고압 저장저장 기술의기술의 특징특징

ᄋᄋ 수소수소 저장저장 기술기술 중중 가장가장 보편적이고보편적이고 현현재의재의 기술로기술로

상용화에상용화에 가장가장 근접해근접해 있는있는 기술기술

ᄋᄋ 수소기체를수소기체를 고압으로고압으로 압축하여압축하여 제한된제한된 체적의체적의 용기에용기에

저장하는저장하는 방식방식

ᄋᄋ 다른다른 연료에연료에 비해비해 질량질량 효율이효율이 떨어지지만떨어지지만 저장저장 장치의장치의

구성이구성이 단순하고단순하고 중량면에서중량면에서 이점이이점이 많기많기 때문에때문에 수소수소

연료전지연료전지 자동차나자동차나 기타기타 탑재용탑재용 수소연료수소연료 저장저장 방법으로방법으로

널리널리 쓰임쓰임


# # 압력용기의압력용기의 사용사용 재료와재료와 복합재료복합재료 강화강화 방법에방법에 따른따른 구분구분

구구 분분 특특 징징

TypeType 11-- 강강 또는또는 알루미늄으로알루미늄으로 만들어진만들어진 금속제금속제 용기용기

-- 복합재료에복합재료에 의한의한 구조적구조적 강화강화 없이없이 금속금속 재료만으로재료만으로 압력하중을압력하중을

견디도록견디도록 만든만든 용기용기

TypeType 22-- 강강 또는또는 알루미늄으로알루미늄으로 만들어진만들어진 금속제금속제 라이너라이너 위에위에 수치를수치를 함침함침

시킨시킨 탄소섬유나탄소섬유나 유리섬유를유리섬유를 원주방향으로원주방향으로 감아서감아서 만든만든 용기용기

TypeType 33

-- 강강 또는또는 알루미늄으로알루미늄으로 만들어진만들어진 얇은얇은 금속제금속제 라이너라이너 위에위에 수지를수지를

함침함침 시킨시킨 탄소섬유나탄소섬유나 유리섬유를유리섬유를 원주방향과원주방향과 길이방향으로길이방향으로

감아서감아서 만든만든 용기용기

-- 금속제금속제 라이너는라이너는 하중을하중을 부담하지부담하지 않거나않거나 극히극히 일부분만을일부분만을 부담부담

TypeType 44

-- 용기의용기의 경량화를경량화를 목적으로목적으로 비급속비급속 재료로재료로 만들어진만들어진 라이너라이너 위에위에

수지를수지를 함침함침 시킨시킨 탄소섬유나탄소섬유나 유리섬유를유리섬유를 원주방향과원주방향과 길이방향길이방향

으로으로 감아서감아서 만든만든 용기용기

-- 비금속비금속 재료로재료로 만들어진만들어진 라이너는라이너는 하중을하중을 거의거의 부담하지부담하지 않고않고, ,

가스가가스가 새지새지 않도록않도록 하는하는 역할만을역할만을 함함


# # 복합재복합재 압력용기압력용기 특성특성

ᄋᄋ 알루미늄알루미늄 또는또는 플라스틱플라스틱 소재의소재의 라이너에라이너에 가볍고가볍고 강도와강도와

강성이강성이 뛰어난뛰어난 탄소섬유를탄소섬유를 에폭시에폭시 수지에수지에 함침하여함침하여 감은감은

후후 수지를수지를 경화시켜경화시켜 만듬만듬

ᄋᄋ 탄소섬유탄소섬유 복합재복합재 층이층이 내압하중의내압하중의 대부분을대부분을 견딤견딤

ᄋᄋ 라이너는라이너는 기밀기밀 유지와유지와 복합재복합재 층을층을 감기감기 위한위한 기본기본

형상을형상을 제공제공


ᄋᄋ 초경량초경량 압축가스저장압축가스저장 시스템으로서시스템으로서 안전성과안전성과 성능성능 면면

에서에서 가장가장 이상적인이상적인 형태형태

ᄋᄋ 기존의기존의 금속재질의금속재질의 압력용기에압력용기에 비해비해 매우매우 가벼움가벼움

ᄋᄋ 더더 높은높은 압력에압력에 견딜견딜 수수 있으며있으며 반복반복 사용사용 수명이수명이 매우매우

길고길고, , 부식에부식에 강한강한 우수한우수한 특성을특성을 갖음갖음

ᄋᄋ 폭발폭발 전에전에 압력이압력이 누출되어누출되어 폭발이폭발이 일어나지일어나지 않는않는

안전한안전한 특성을특성을 갖음갖음


[ 복합재 압력용기를 이용한 압축수소가스 저장 방법의 적용사례 ]

수소저장 시스템

Mobile

Stationary

Infra-Structure

Specialty


[ 복합소재 실린더의 구조 – Type 4 ]

Carbon Fiber

Composite Shell

Impact Damage

Resistance Form

Glass Fiber

Composite Shell

Aluminum End Nozzle PE/Clay Nanocomposite Liner


[ [ 복합재복합재 압력용기압력용기 제조제조 과정과정 : : 라이너에라이너에 강화섬유를강화섬유를 감는감는 모습모습 ]]


[ [ 탄소섬유탄소섬유 강화강화 복합재료복합재료 압력용기압력용기 ]]


# # 복합재복합재 압력용기의압력용기의 응용응용

ᄋᄋ 본래본래 우주용우주용 발사체의발사체의 각종각종 고압가스를고압가스를 저장하는저장하는 경량경량

고성능의고성능의 압력용기로압력용기로 개발개발

=> => 압축압축 천연가스천연가스 자동차용자동차용 연료연료 저장저장 탱크로탱크로 널리널리 사용사용

=> => 수소수소 연료전지연료전지 자동차용자동차용 연료연료 탱크로탱크로 개발개발````


[ [ DyneCellDyneCell의의 천연가스용천연가스용 압력용기압력용기 –– 알루미늄알루미늄 라이너라이너 + + FRPFRP ]]


# # 연료전지연료전지 자동차의자동차의 수소저장수소저장

ᄋᄋ 용기가용기가 가볍고가볍고, , 부피가부피가 작으며작으며, , 보다보다 안전한안전한 고성능의고성능의

압력용기가압력용기가 필요필요

=> => 탄소섬유탄소섬유 복합재로복합재로 만들어진만들어진 복합재복합재 압력용기가압력용기가 인정인정

ᄋᄋ 대부분의대부분의 자동차자동차 회사들이회사들이 350350기압급의기압급의 복합재복합재 압력압력

용기용기 탑재탑재 –– 고압가스고압가스 압력조절기를압력조절기를 탱크의탱크의 내부에내부에 장착장착,,

탱크의탱크의 외부에는외부에는 저압의저압의 부품들만이부품들만이 사용하도록사용하도록 한한 기술기술

(In(In--Tank Regulator)Tank Regulator)이이 적용되어적용되어 우수한우수한 안전성을안전성을 확보확보

=> => 최근에는최근에는 700700기압의기압의 초고압으로초고압으로 수소를수소를 압축하여압축하여

저장할저장할 수수 있는있는 복합재복합재 압력용기가압력용기가 개발개발


ᄋᄋ 압력용기를압력용기를 자동차에자동차에 적용적용 시시 체적이체적이 크고크고, , 형상의형상의

변경이변경이 용이하지용이하지 않음않음

ᄋᄋ 수소기체의수소기체의 저장저장 밀도를밀도를 높일수록높일수록 압력용기가압력용기가 무거워짐무거워짐

ᄋᄋ 연료전지연료전지 자동차가자동차가 기존의기존의 휘발유나휘발유나 경유경유 자동차와자동차와

동등한동등한 성능을성능을 내기내기 위해서는위해서는 높은높은 수소수소 저장저장 밀도를밀도를

갖는갖는 경량경량 고압고압 수소기체수소기체 저장저장 용기를용기를 사용하여야만사용하여야만 함함


[ [ 수소수소 연료전지연료전지 자동차에자동차에 탑재되는탑재되는 압축수소저장용압축수소저장용 700700기압급기압급 복합용기복합용기 ]]


[ 700[ 700기압기압 충전용충전용 커플링과커플링과 온도온도//압력을압력을 확인하기확인하기 위한위한 모니터링모니터링 ]]

커플링

모니터링

액체수소액체수소 저장저장 기술기술


# # 액체수소액체수소 저장저장 기술의기술의 특징특징

ᄋᄋ 대기압과대기압과 --253253℃℃와와 같이같이 낮은낮은 온도에서온도에서 극저온용극저온용

용기에용기에 액체액체 상태로상태로 저장하는저장하는 것것

: : 수소의수소의 낮은낮은 임계온도임계온도((--240240℃℃) ) 때문에때문에 단지단지 열린계열린계

에서에서 액체수소로액체수소로 저장저장 가능가능

ᄋᄋ 수년수년 동안동안 우주선의우주선의 연료로연료로 사용사용

-- 압축수소에압축수소에 의한의한 저장저장 시스템보다시스템보다 경량경량

-- 고압에고압에 의한의한 위험위험 요인이요인이 적음적음

ᄋᄋ 기체기체 상태의상태의 수소를수소를 액화하려면액화하려면 --253253℃℃로로 냉각한냉각한 후후

단열이단열이 아주아주 잘되는잘되는 용기를용기를 사용사용


ᄋᄋ 수소를수소를 액화하기액화하기 위하여위하여 필요한필요한 실제실제 에너지에너지

: : 약약 1111kWh/kgkWh/kg ((수소가수소가 가지고가지고 있는있는 에너지에너지 함량의함량의

약약 28%28%에에 해당해당))

=> => 액화에액화에 의한의한 수소저장방법의수소저장방법의 가장가장 큰큰 문제점문제점

=> => 저장시스템저장시스템 차원에서차원에서 볼볼 때때 액화액화 에너지의에너지의 손실이손실이

있는있는 반면반면, , 큰큰 에너지에너지 밀도를밀도를 지닌다는지닌다는 장점장점

ᄋᄋ 저장용기를저장용기를 포함한포함한 액체수소의액체수소의 중량중량 에너지에너지 밀도밀도

: : 약약 2626wtwt% (13.8 % (13.8 kwhkwh/kg/kg))

ᄋᄋ 부피부피 에너지에너지 밀도밀도 : : 약약 2760 2760 kwh/mkwh/m33


ᄋᄋ 단열작업을단열작업을 잘할지라도잘할지라도 열전도에열전도에 의한의한 열전달이열전달이 일어남일어남

=> => 미량의미량의 액체수소가액체수소가 용기용기 내에서내에서 계속계속 증발증발

ᄋᄋ 증발에증발에 의한의한 수소수소 손실손실

-- 큰큰 용기용기 : : 하루하루 0.06%0.06%

-- 작은작은 용기용기 : 3%: 3%

=> => 완벽한완벽한 단열기술이단열기술이 확보된다면확보된다면 완벽할완벽할 수는수는 없지만없지만

증발에증발에 의한의한 손실률을손실률을 줄일줄일 수수 있음있음


[ [ BMWBMW사의사의 탑재용탑재용 액화수소액화수소 저장저장 시스템시스템 ]]

Surroundings

Air

Exhaust

Steam

Air purge Safety pipe


Hydrogen

Outer VesselShield

Inter Vessel

Heat Exchanger

Liquefied Air

Ambient Air

[ [ 액체수소용액체수소용 극저온극저온 용기의용기의 구성도구성도 ]]


ᄋᄋ 여러여러 단열기술들을단열기술들을 함께함께 조합하여조합하여 활용활용

-- 진공단열진공단열 (Vacuum insulation)(Vacuum insulation)

-- 증기냉각증기냉각 복사쉴즈복사쉴즈 (VCS, vapor(VCS, vapor--cooled shield)cooled shield)

-- 다층단열다층단열 (MLI, multi(MLI, multi--layer insulation)layer insulation)


·· 기체의기체의 압력을압력을 낮추어낮추어 기체상에서기체상에서 대류를대류를 줄이고줄이고, ,

열전도에열전도에 의한의한 열전달을열전달을 줄임으로써줄임으로써 진공단열이진공단열이

이루어지게이루어지게 함함

=> => 대류에대류에 의한의한 열전달은열전달은 기체의기체의 밀도에밀도에 거의거의 비례비례

=> => 결과적으로결과적으로 기체압력에기체압력에 비례비례

=> => 분자간의분자간의 충돌이충돌이 덜덜 일어나도록일어나도록 진공상태를진공상태를 유지유지

=> => 분자의분자의 평균자유경로가평균자유경로가 커지게커지게 되면되면 전도에전도에 의한의한

열전달을열전달을 줄일줄일 수수 있음있음


·· 내부내부 용기를용기를 몇몇 겹의겹의 반사시트로반사시트로 두르면두르면 복사에복사에 의한의한

열전달을열전달을 줄일줄일 수수 있음있음 ((다층단열다층단열))

·· 다층단열부에다층단열부에 냉각냉각 환류가스를환류가스를 순환시키는순환시키는 증기냉각증기냉각

복사쉴드에복사쉴드에 의해의해 액체수소의액체수소의 증발에증발에 의한의한 손실률을손실률을

줄일줄일 수수 있음있음

금속계금속계 수소화물수소화물 소재소재 저장저장 기술기술

금속계 수소화물 소재 저장 기술

# # 금속계금속계 수소화물수소화물 소재소재 저장저장 기술의기술의 원리원리

[ Hydrogen Intercalation in [ Hydrogen Intercalation in MetalhydridesMetalhydrides ]]

Hydrogen on Hydrogen on

Tetrahedral SitesTetrahedral SitesHydrogen on Hydrogen on

Octahedral SitesOctahedral Sites


# # 수소저장합금수소저장합금

ᄋᄋ 수소저장합금이란수소저장합금이란 수소를수소를 가역적으로가역적으로 흡수흡수 ·· 방출할방출할

수수 있는있는 능력을능력을 보유한보유한 합금을합금을 말함말함

ᄋᄋ 수소저장합금이수소저장합금이 수소를수소를 흡수하면흡수하면 금속수소화물금속수소화물

(metal hydride : MH)(metal hydride : MH)이이 됨됨

ᄋᄋ 수소화된수소화된 금속금속 분자가분자가 순수한순수한 또또 다른다른 금속을금속을 만나만나

수소를수소를 주고주고 받음으로써받음으로써 수소수소 흡흡//탈착탈착 현상을현상을 갖음갖음

1) 1) 수소저장합금수소저장합금 (M)(M) + + 수소수소 (H(H22)) = = 고용체고용체 ((MHMHxx))

-- 수소기체수소기체 분자가분자가 합금합금 표면에표면에 흡착이흡착이 일어남일어남

-- 표면에서표면에서 HH22 →→ 2H2H ·· 로로 수소분해가수소분해가 일어남일어남

2) 2) 고용체고용체 ((MHMHxx)) + + 수소수소 (H(H22)) = = 수소화물수소화물 ((MHMHyy))

-- MHMHxx + H+ H22 →→ MHMHyy

(Y (Y –– X)X)는는 수소수소 저장량을저장량을 나타냄나타냄Y Y -- XX

22


Y Y -- XX

22

M + HM + H22 MH + QMH + Q2211


# # 수소저장합금에수소저장합금에 의한의한 수소저장의수소저장의 특징특징

ᄋᄋ 높은높은 수소밀도를수소밀도를 얻을얻을 수수 있고있고, , 체적체적 에너지밀도는에너지밀도는

메탄올과메탄올과 비슷비슷

ᄋᄋ 상온에서상온에서 체적당의체적당의 수소저장량이수소저장량이 많음많음

ᄋᄋ 고압용기고압용기 및및 단열용기가단열용기가 필요치필요치 않음않음

ᄋᄋ 장시간의장시간의 저장이저장이 가능가능

ᄋᄋ 안전성이안전성이 매우매우 높음높음

ᄋᄋ 순도순도 높은높은 수소를수소를 방출방출

ᄋᄋ 수소수소 원자는원자는 상온상온 ·· 상압에서도상압에서도 금속금속 내내 확산속도가확산속도가

빠름빠름


ᄋᄋ 가열가열 또는또는 감압에감압에 의해의해 금속수소화물이금속수소화물이 쉽게쉽게 분해분해

((수소수소 방출방출))될될 수수 있음있음

ᄋᄋ 고농도의고농도의 안정한안정한 상태로상태로 존재존재 (1/1000 (1/1000 축소축소))

=> => 저장저장, , 운송운송, , 에너지에너지 변환재료로변환재료로 주목주목

ᄋᄋ 수소저장합금의수소저장합금의 무게무게 때문에때문에 중량당중량당 수소저장수소저장 밀도가밀도가

낮고낮고 합금합금 가격이가격이 높음높음

ᄋᄋ 수소수소 흡수흡수··방출방출 사이클링에사이클링에 따른따른 합금의합금의 퇴화퇴화

=> => 사용횟수가사용횟수가 제한적제한적


# # 순금속과순금속과 수소와의수소와의 친화력친화력

: : 주기율표상에서주기율표상에서 33가지로가지로 분류분류

ᄋᄋ 수소와의수소와의 친화력이친화력이 매우매우 커서커서 안정한안정한 수소화물을수소화물을

형성하는형성하는 원소원소

ᄋᄋ 수소와의수소와의 친화력은친화력은 있으나있으나 수소화물을수소화물을 형성하기형성하기 위해위해

서는서는 매우매우 높은높은 수소압력이수소압력이 필요한필요한 발열반응형발열반응형 원소원소

ᄋᄋ 수소와의수소와의 친화력이친화력이 거의거의 없는없는 흡열반응형흡열반응형 원소원소


# # 수소저장합금의수소저장합금의 종류와종류와 합금별합금별 장장//단점단점

구 분 장 점 단 점 합금 성분수소저장

용량(wt%)반응 조건

AB5 type 우수한 활성화 특성

우수한 cycle 특성

값비싼 원재료

작은 용량

LaNi5H6.0

(MnNi5)1.4 50℃, 2bar

AB2 type 높은 용량

넓은 조성범위

값비싼 원재료

초기 활성화 필요

ZrV2H5.5

ZrMn2H3.5

2.3

1.7

50℃, 10-8bar

210℃, 1bar

AB type 값싸고 풍부한 재료초기 활성화 필요

작은 방전용량TiFeH1.9 1.8 50℃, 10bar

A2B type단위 무게당 높은

수소저장량

값싸고 풍부한 재료

고온 수소 흡·방출 Mg2NiH4 3.6 250℃, 1bar

AA : : 안정한안정한 수소화합물을수소화합물을 형성하는형성하는 원소원소

BB : : 수소화물이수소화물이 불안정한불안정한 원소원소


# # Ti Ti 계계 수소저장수소저장 기술기술

ᄋᄋ 특징특징

-- ZrZr 계계 수소저장합금보다수소저장합금보다 수소저장수소저장 용량이용량이

1.8 ~ 2 1.8 ~ 2 wtwt%%로로 더더 크다크다

-- 느린느린 수소화수소화 반응과반응과 충충//방전방전 싸이클을싸이클을 진행함에진행함에

따라따라 빠른빠른 퇴화퇴화 거동거동 ((상용화되지상용화되지 못한못한 원인원인))

=> => 제제 33원소원소 첨가첨가, , 표면표면 개량개량, , 복합상복합상 제조제조 등이등이 거론거론


1) bcc 1) bcc 계계 합금합금

ᄋᄋ 특징특징

-- 수소와의수소와의 친화력이친화력이 강함강함

-- 열역학적으로열역학적으로 안정한안정한 수소화물을수소화물을 형성형성

·· 수소수소 저장저장 능력이능력이 큼큼

·· 수소를수소를 방출할방출할 때에는때에는 11기압의기압의 분해압을분해압을

얻기얻기 위해위해 10001000K K 이상의이상의 고온을고온을 필요필요

=> => 단체단체 상태로상태로 이용하기이용하기 어려움어려움

=> => Co, Cr, Co, Cr, MnMn 등의등의 천이천이 원소원소 첨가와첨가와 같은같은

공정설계공정설계 등이등이 연구연구


ᄋᄋ CrCr 원소의원소의 첨가첨가

-- TiTi--CrCr 합금합금 : : 최대최대 수소수소 저장량은저장량은 0.80.8wtwt% % 정도로정도로

높고높고 안정한안정한 수소화물을수소화물을 형성형성

=> => 활성화활성화 처리가처리가 어려운어려운 단점단점

-- TiTi--CrCr 이원계이원계 합금합금 : : 상온에서상온에서 불안정하나불안정하나 V, Mo,V, Mo,

NbNb, Ta, Ta등의등의 원소를원소를 첨가하여첨가하여

33원계원계 합금을합금을 만들면만들면 안정화안정화

시킬시킬 수수 있음있음


2) 2) MgMg--TiTi 계계 합금합금

ᄋᄋ 특징특징

-- 수소수소 가압형가압형 기계적기계적 합금화법을합금화법을 이용하여이용하여 제조제조

-- 획득한획득한 시료는시료는 격자결함과격자결함과 같은같은 야금학적야금학적 요인요인,,

비표면적의비표면적의 증가증가, , 입자입자 표면표면 결함의결함의 증대증대 등으로등으로

수소화수소화 과정의과정의 열역학적열역학적 성질에는성질에는 악영향을악영향을 미침미침

= > = > 나노나노 및및 비정질비정질 복합구조의복합구조의 결정립이결정립이

탈수소화탈수소화 반응속도반응속도 개선에개선에 기여기여


# # MgMg 계계 수소저장수소저장 기술기술

ᄋᄋ 특징특징

-- 금속계금속계 수소화물수소화물 저장저장 기술의기술의 가장가장 큰큰 문제점인문제점인 중량중량

문제를문제를 해결하기해결하기 위해위해 제조제조 특성과특성과 상온상온 안전성안전성 등을등을

고려하여고려하여 MgMg를를 기반으로기반으로 한한 경량경량 수소수소 저장저장 합금의합금의

개발이개발이 가장가장 주목주목

-- MgMg의의 경우경우 고온에서고온에서 수소화물을수소화물을 형성하며형성하며 수소와의수소와의

느린느린 반응속도반응속도, , 급격한급격한 열화열화 현상현상 등이등이 실용화를실용화를 저해저해


-- 순수한순수한 MgMg은은 최대최대 7.6 7.6 wtwt%%의의 수소를수소를 저장저장

: : 상용상용 금속금속 재료재료 중중 가장가장 큰큰 저장저장 용량을용량을 보유보유

-- 수소와의수소와의 친화력이친화력이 커서커서 수소화물수소화물 형성온도가형성온도가 높고높고

흡흡 ·· 방출방출 속도가속도가 느린느린 문제점문제점

-- 수소수소 방출방출 온도가온도가 250 ~ 300250 ~ 300℃℃로로 너무너무 높음높음

: : 현재현재 연구연구 방향은방향은 수소수소 방출방출 온도를온도를 낮추는데낮추는데 주력주력


1) 1) MgMg--NiNi계계 합금합금

ᄋᄋ 제조제조 및및 특징특징

-- 0.01 0.01 mmmm ~ 100 ~ 100 mmmm의의 연속유동형연속유동형 또는또는 전단형의전단형의

형태를형태를 가진가진 고순도의고순도의 MgMg 및및 Ni Ni 절분을절분을 이용이용

-- 고압의고압의 수소수소 하에서하에서 강구와강구와 함께함께 기계적기계적 합금화를합금화를

실시실시

-- 수득되는수득되는 5 5 nmnm ~ 100 ~ 100 nmnm 크기의크기의 결정립과결정립과 비정비정

질의질의 복합미세복합미세 구조를구조를 갖는갖는 MgMg22NiHNiHxx 제조제조

=> => 수소화수소화 특성이특성이 뛰어나고뛰어나고 경량인경량인 수소저장합금을수소저장합금을

종래의종래의 방법에서보다방법에서보다 저렴한저렴한 생산가격으로생산가격으로 단순단순

화된화된 공정에공정에 의해의해 제조하는제조하는 것이것이 가능가능


2) 2) MgHMgH22계계 합금합금

ᄋᄋ 특징특징

-- 높은높은 저장저장 용량을용량을 가지고가지고 다른다른 수소저장수소저장 합금에합금에

비해비해 경제성이경제성이 뛰어나며뛰어나며 경량이라는경량이라는 장점을장점을 가짐가짐

-- MgHMgH22는는 열역학적으로열역학적으로 매우매우 안정한안정한 물질이기물질이기

때문에때문에 MgMg을을 완전히완전히 MgHMgH22로로 변태시키기변태시키기 위해서는위해서는

수소수소 평탄압평탄압 11barbar, 300, 300℃℃에서에서 5050℃℃ 정도의정도의 반응이반응이

필요해필요해 매우매우 느린느린 수소화수소화 반응반응 속도를속도를 가짐가짐


# # ZrZr계계 수소수소 저장저장 기술기술

ᄋᄋ 특징특징

-- 기상반응에서기상반응에서 수소저장수소저장 용량이용량이 크고크고 전극수명이전극수명이

우수하기우수하기 때문에때문에 ZrZr계계 수소저장수소저장 합금합금 전극의전극의 성능을성능을

향상시키기향상시키기 위한위한 연구가연구가 집중집중

-- 전기전도도와전기전도도와 촉매효과가촉매효과가 좋은좋은 은을은을 극히극히 미량미량 첨가첨가

하여하여 ZrZr계계 수소수소 저장저장 합금의합금의 활성화활성화 특성을특성을 향상향상

시키고자시키고자 실험이실험이 진행진행


·· ZrZr0.70.7TiTi0.30.3VV0.40.4MnMn0.40.4NiNi1.21.2 조성의조성의 합금에합금에 은을은을 소량소량

첨가한첨가한 경우경우 => => 활성화활성화 특성이특성이 개선개선

·· ZrZr0.70.7TiTi0.30.3VV0.40.4MnMn0.30.3NiNi1.211.21CrCr0.10.1 조성의조성의 합금에합금에 은을은을

소량소량 첨가한첨가한 경우경우

=> => 활성화활성화 속도의속도의 증가는증가는 물론물론 방전용량도방전용량도 증가증가


# # 희토류계희토류계 수소저장합금수소저장합금

ᄋᄋ 특징특징

-- LaNiLaNi55합금과합금과 LaLa 대신에대신에 값이값이 싼싼 MischMisch metal (Mm)metal (Mm)

을을 사용한사용한 MmMm계계 합금이합금이 대표적대표적

-- 희토류계희토류계 합금인합금인 TiFeTiFe, LaNi, LaNi55 등은등은 MgMg계계 합금에합금에 비해비해

수소저장능력이수소저장능력이 떨어짐떨어짐

-- 기존의기존의 액체수소에액체수소에 의한의한 저장방법보다는저장방법보다는 단위부피단위부피

당당 수소저장용량이수소저장용량이 1.51.5배배 이상이상 큼큼


-- 안전하면서안전하면서 상온상온, , 상압에서상압에서 수소의수소의 저장저장//방출이방출이 쉽게쉽게

일어나일어나 사용상사용상 매우매우 편리편리

-- 원재료인원재료인 LaLa가가 희토류이므로희토류이므로 가격이가격이 비싸고비싸고, , 수소수소

저장저장--방출방출 cyclecycle에에 따라따라 수소저장용량이수소저장용량이 급격히급격히

감소하는감소하는 단점단점

-- GdGd, Tb, , Tb, DyDy, Ho, , Ho, ErEr, , TuTu, , YbYb, , SmSm가가 더해진더해진 합금의합금의 사용사용

으로으로 용기용기 내부압력의내부압력의 증가를증가를 저해시킬저해시킬 수수 있음있음

-- Mm Ni CoMm Ni Co의의 합금에합금에 의해의해 높은높은 수용수용 능력과능력과 저장저장

수명을수명을 연장시킬연장시킬 수수 있음있음


# # 금속계금속계 수소화물수소화물 소재의소재의 상용화를상용화를 위한위한 연구연구 방향방향

ᄋᄋ 상용화를상용화를 저해하고저해하고 있는있는 최대최대 단점인단점인 중량문제를중량문제를 해결해결

ᄋᄋ 비교적비교적 까다로운까다로운 제조공정의제조공정의 최적화최적화

ᄋᄋ 높은높은 수소화수소화//탈수소화탈수소화 반응온도반응온도, , 느린느린 반응속도반응속도, ,

초기초기 활성화활성화 처리의처리의 어려움어려움 등을등을 개선개선

연료전지 기본개념 및 응용분야 - cnuenergy.cnu.ac.kr/home/down/cyber_eng9.pdf · 1) bcc...

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