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2족과 같은 반응성이 큰 금속들과 수소가 결합하여 만들어진다(예:NaH, 물은 생체 기관에 독성이 없는 아주 드문 물질이기도 하다. `표 2`에서 보는 바와 같이 많은 금속수소화물들이 액체수소 이상의 밀도로 수소를 저장할 수 있으므로, 수소를 방출하는 반응은 흡열반응이다. 이러한 금속-수소 혼합물의 조성은 금속을 수소 기체에 노출시키는 시간과 다른 인자에 의하여 변하게 된다.수소저장합금 [水素貯藏合金, 이를 다시 가열하면 수소가 방출되는데, CH4, 이들은 물에 들어가면 수소 기체를 발생시키는 격렬한 반응을 한다..zip 신소재의 이해 신소재의 이해 1. 틈새 수소 화합물이 가열되면 흡수된 다량의 수소는 수소 기체로 방출된다. 수소는 금속벽을 통하여 확산되어 들어가고 불순물은 뒤에 남는다. 수소기관자동차, 생명체에게는 없어서는 안 될 물질인데, 고압가스로 수소를 저장하는 것보다 저장효율 향상이 기대되어 수소저장용으로 금속수소화물의 개발이 이루어지고 있다.수소저장합금에 의한 저장기술 1)  ......

 

 

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신소재의 이해 레폿

 

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신소재의 이해

 

신소재의 이해

 

1.수소저장합금 [水素貯藏合金, metallic alloy for hydrogen storage]

 

태양에너지를 이용하여 해수(海水)로부터 얻을 수 있는 수소는 자원적 제약을 받지 않을 뿐만 아니라 환경보전 측면에서도 문제되지 않는 적격한 에너지 매체로서 주목되었다. 따라서 안전하면서도 효율적인 저장방법과 수송방법을 검토하게 되어, 1960년 최초로 네덜란드의 필립스사(社)에서 란탄-니켈계(系)의 수소저장합금을 개발하였다. 이것은 금속과 수소가 반응하면 금속이 수소가스를 흡수하게 되어 금속수소화물을 생성하고, 이를 다시 가열하면 수소가 방출되는데, 금속에 따라 흡수 방출의 양과 난이도(難易度)가 다르다. 그 중에서도 티탄-철합금, 란탄-니켈합금, 마그네슘-니켈합금 등은 거의 실용화 단계에 있다. 수소기관자동차, 태양열을 이 합금에 저장하는 냉난방시스템, 핵융합(核融合)에 이용하는 중수소(重水素)의 분리, 또한 도로에 쌓인 눈을 녹이는 데 응용하려는 연구도 진행되고 있다.

 

2.수소 화합물의 세 가지 분류

 

첫 번째는 이온성 수소 화합물이다. 흔히 수소화물이라고 불리는 화합물로써 1족, 2족과 같은 반응성이 큰 금속들과 수소가 결합하여 만들어진다(예:NaH, CaH2 등). 이들은 금속 양이온과 수소화 음이온(H-)으로 결합이 이루어지며, 이들은 물에 들어가면 수소 기체를 발생시키는 격렬한 반응을 한다.

NaH+H2O → NaOH+H2

 

두 번째는 공유 결합성 수소 화합물이다. 수소가 비금속 원소들과 화학 결합을 하여 만들어진다.(예:HCl, CH4, NH3 등) 공유 결합성 수소 화합물에서 가장 중요한 물질 중의 하나는 물이다. 물은 수소 결합으로 인한 여러 가지 특징이 나타나며, 생명체에게는 없어서는 안 될 물질인데, 물은 생체 기관에 독성이 없는 아주 드문 물질이기도 하다.

 

세 번째 부류는 소위 틈새 수소 화합물이다. 전이 금속 결정이 수소 기체와 반응할 때 만들어진다. 수소 분자가 금속 표면에서 해리하고 작은 수소 원자가 금속 결정 구조 내로 이동해 들어가 틈새를 메운다.

 

이 금속-수소 혼합물은 화합물보다는 고체 용액에 더 가깝다. 팔라듐은 자신의 부피의 약 900배 정도의 수소를 흡수한다. 실제로 수소는 얇은 팔라듐 벽이 들어 있는 용기에 낮은 압력으로 넣어서 순수하게 정제할 수 있다. 수소는 금속벽을 통하여 확산되어 들어가고 불순물은 뒤에 남는다. 이러한 금속-수소 혼합물의 조성은 금속을 수소 기체에 노출시키는 시간과 다른 인자에 의하여 변하게 된다.

 

틈새 수소 화합물이 가열되면 흡수된 다량의 수소는 수소 기체로 방출된다. 이러한 성질 때문에 이들 물질은 휴대용 연료로 사용하기 위한 수소의 저장을 가능케 한다.

 

현재 자동차의 내연 엔진은 별로 개조하지 않고서도 수소 기체를 태울 수 있다. 그러나 먼 거리를 달릴 수 있을 정도로 수소를 저장하는 것이 문제로 남아 있다.

 

그래서 수소 기체를 펌프로 가압하여 넣으면 틈새 수소 화합물을 만들 수 있는 전이 금속의 다공성 고체를 연료 탱크에 넣어 사용하는 방법이 연구되고 있는 것이다.

 

3.수소저장합금에 의한 저장기술

 

1) 수소저장합금에 의한 저장

 

수소저장합금은 수소와 반응하여 금속수소화물을 만든다. `표 2`에서 보는 바와 같이 많은 금속수소화물들이 액체수소 이상의 밀도로 수소를 저장할 수 있으므로, 고압가스로 수소를 저장하는 것보다 저장효율 향상이 기대되어 수소저장용으로 금속수소화물의 개발이 이루어지고 있다. 금속 및 합금 M이 수소와 반응하여 금속수소화물을 만드는 반응에서 반응열을 ΔH라고 하면, 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

 

일반적으로 수소를 흡수하는 반응은 발열반응이며, 수소를 방출하는 반응은 흡열반응이다. 이들 반응은 수소의 압력과도 관계하게 되므로 온도 및 압력을 조절하여 수소를 저장하거나 저장된 수소를 다시 방출시킬 수 있다.

2) 수소저장합금

 

수소저장 재료로서 수소저장합금은 아래와 같은 조건을 가지고 있어야 한다.

 

① 활성화가

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