수소젿�장합금의 원��왿� 기술개발

수소젿�장합금
1)수소젿�장합금의 이해
수소는 여러 종류의 금속과 반응하여 금속수소화물을 생성한다. 예를 들어, Mg, Ti 그리고 La는 각각 MgH2, TiH2 그리고 LaH3라는 안정적인 금속수소화물을 생성한다. 한편, Fe왿� Ni를 고온F고압 하에서 수소왿� 반응시키면 수소화물은 불안정해진다. 안정한 수소화물을 생성하는 금속과 불안전한 수소화물을 생성하는 금속과의 합금에는 가역적으로 수소왿� 응하는 능력을 가지는 것이 있다.
그 중에서 상온, 대기압 부근에서 수소왿� 반응시키면 금속수소화물의 형태로 수소를 저장하고, 가열과 감압에 의해 쉽게 수소를 방출하며 그리고 그 반응속도가 큰 합금을 수소젿�장합금이라고 한다. 수소젿�장합금에 의한 수소젿�장법의 특징5)은 다음과 같다.
① 높은 수소밀도를 얻을 수 있고, 체적에너지밀도는 메탄올과 비슷하다.
② 상온에서 체적당의 수소젿�장량이 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 수소젿�장합금에서 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-site왿� 2개의 T-site가 존재하여, bcc단위격자 중에는 3개의 O-site왿� 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 수소젿�장합금의 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 수소젿�장합금의 중요한 특성인 PCT곡선에 나타난다. 일반적으로 수소왿� 금속의 수소젿�장 반응실험은 일정온도, 일정압력의 수소가스왿� 금속을 반응시킨다. 반응조건은 금속(합금)의 종류에 따라 다르지만, 온도왿� 압력을 가감시켜 수소를 흡장이나 방출을 되풀이 하면, 가역적으로 수소를 저장 및 방출하는 활성상태로 된다.