[설계] 수소저장 능력이 우수한 마그네슘 복합재료의 개발
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- 목차
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1. 서론
2. 이론적 배경
2.1 Mg 특성 및 Mg합금
2.2 Mg-Ni계 합금
2.3 탄소나노튜브
2.4 금속-수소계의 반응과 평형상태도
2.5 고체 내부에서의 확산
2.6 Mechanical Alloying
3. 실험 계획
3.1 최적화된 ball milling 시간을 결정하기 위한 실험
3.2 최적화된 CNT의 wt%를 결정하기 위한 실험
3.3 최적화된 Nickel의 wt%를 결정하기 위한 실험
4. 참고 문헌
- 본문내용
-
2.2. Mg-Ni계 합금
Mg-Ni계 합금의 수소화 반응기구는 다음의 3단계의 반응에 의해 일어난다.
1단계 Mg + H2 -> MgH2
2단계 1/2MgNi + H2 -> 1/2Mg2NiH4
3단계 Mg + 1/2Mg2NiH4 -> MgH2 + 1/2Mg2Ni
Mg2NiH4에 있어서 프로톤의 핵스핀격자 완화시간을 210~480K 온도범위에서 활성화에너지 44.29±0.19kJ/mol 및 점프빈도 6.6×1013H2를 측정하여 Mg2NiH4중의 수소확산계수 DH의 온도의존성을 다음과 같이 결정하고 있다.
DH = 6.6×1013exp(-44.29±0.19kJ/mol/kbT)cm2/sec
여기서 kb는 볼Wm만 상수, T는 절대 온도이다.
이를 통해 210~480K의 온도범위에서 Mg2NiH4중의 수소 확산의 활성화 에너지 Ea = 24.07±0.48kJ/mol이 된다.
또한 “2008 Materials Research Society”의 X. Yao 의 “Hydrogen diffusion and effect of grain size on hydrogenation kinetics in magnesium hydrides”를 살펴보면 실험을 통해 100~300°C에서 Mg중의 수소 확산의 활성화 에너지 Ea = 24.07±0.48kJ/mol을 측정하였다.
결국, Mg2NiH4중의 수소 확산의 활성화 에너지가 Mg중의 수소 확산의 활성화 에너지가보다 더 작으므로 Mg에 Ni를 첨가하면, Mg2Ni상을 만들고 그 촉매작용에 의해 Mg상이의 수소화반응을 촉진하여 압력의존성, 온도의존성의 변화가 일어나 Mg의 수소저장특성이 개선되는 것을 볼 수 있다.
2.3. 탄소나노튜브
- 탄소 나노튜브의 수소저장특성 -
탄소 나노튜브가 처음 합성되어 보고되었을 때 탄소 나노튜브가 가지는 체적 대비 거대 표면적으로 인하여 최적의 수소저장 물질 가능성에 대하여 각광을 받았다. 이러한 시발점으로부터 탄소 나노튜브는 전기적 특성뿐만 아니라 저장 매체로의 특성이 연구되기 시작하였으며 그 저장량이 상용화 가능한 수소 저장량을 넘어선 결과가 보고되기도 하였다. 뿐만 아니라 일반적인 금속 수화물에서 사용 되고 있는 알칼리 금속을 이용하여 탄소 나노튜브에 도핑을 하게 되면 그 저장량이 훨씬 높게 나온다는 결과도 발표를 하였다. 그러나 수소의 저장량을 분석하는 데 있어서 일반적인 수소 가스가 포함하고 있는 물이 저장되었을 가능성에 대해서 많은 반론을 제기하였고 탄소 나노튜브를 이용한 수소저장은 아직까지 상용화 단계에 접어들지 못하고 있다.
- 참고문헌
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[1] 권호영, 『수소저장합금개론 : 물성과 응용』, 골드, 2003
[2] 송명엽 외 5명, “Reactive Mechanical Grinding에 의한 Mg-산화물계 수소저장합금의 개발”, 《금속수소화물을 이용한 고성능 수소저장재료개발》, 2006
[3] 심철호, “회분식 Ball Mill의 조작변수가 분쇄에 미치는 영향”, 《공업화학 전망》제3권 제1호, 2000
[4] 이호신, 『수소저장합금 기초편』, 원창출판사, 2005
[5] 이훈 외 1명,”국내 주요 산업광물의 볼밀·분쇄특성 연구”, 《한국지구시스템공학회지》 Vol 43, No. 6, 2006
[6] 정경섭, “Li계 금속수소화물을 첨가한 Mg계 금속수소화물의 수소저장특성에 대한 연구”, 한양대학교 석사논문, 2007
[7] 조영환, “고에너지 볼밀링에 의한 나노분말 합성”, 《세라미스트》제5권 제4호, 2002
[8] 한국지질자원연구원, 『금속수소화물을 이용한 고성능 수소저장재료개발』, 과학기술부, 2006
[9] Xiangdon Yao 외 7명, “Mg-Based Nonocomposites with High Capacity and Fast Kinetics for Hydrogen storage", 《J. Phys. Chem. B,》Vol. 100, No. 24, 2006
[10] Xiangdon Yao 외 3명, “Hydrogen diffusion and effect of grain size on hydrogenation kinetics in magnesium hydrides”,《J. Mater. Res.》Vol. 23, No. 2, 2008
[11] M. Martin 외 3명, "Absorption and desorption kinetics of hydrogen storage alloys", 《Journal of Alloys and Compounds》, 1996
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