수소는 석유를 대체할 대체 에너지인 지열, 풍력, 태양발전 등의 low grade energy를 효율적으로 사용하기위한 에너지 담체로서 많은 연구가 진행되고 있다. 수소에너지는 자원이 풍부하고 연소 시 공해가 없으며 다른 형태로의 에너지 전환이 쉬워 연료로서 뿐만 아니라 에너지 저장 매체로도 뛰어난 성능을 가진 것으로 알려져 있다. 이러한 수소는 상온, 상압에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 ...
수소는 석유를 대체할 대체 에너지인 지열, 풍력, 태양발전 등의 low grade energy를 효율적으로 사용하기위한 에너지 담체로서 많은 연구가 진행되고 있다. 수소에너지는 자원이 풍부하고 연소 시 공해가 없으며 다른 형태로의 에너지 전환이 쉬워 연료로서 뿐만 아니라 에너지 저장 매체로도 뛰어난 성능을 가진 것으로 알려져 있다. 이러한 수소는 상온, 상압에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 에너지 밀도가 낮고 저장, 운반이 불편하다는 문제점을 가지고 있어, 이를 극복할 다양한 수소저장 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 위의 관점에서 금속수소화물을 이용한 저장은 부피 저장 밀도가 우수하며, 상온 상압 부근에서 가역적으로 수소의 흡R방출이 가능한 특징을 가지고 있다. 수소저장합금은 AB_(5), AB₂, AB, A₂B, A 및 BCC계 합금이 있는데, LaNi_(5), MmN_(i5), ZrMn₂ 등의 고전적인 수소저장합금은 Ni-MH 전지, 소형 수소저장매체 등에 일부 사용되고 있으나, 다소 적은 저장밀도에 의해 활용이 제한된다. 그 반면 BCC 고용체 수소저장합금은 뛰어난 부피 저장밀도를 가지고 있어 여러 과학자들이 연구 중에 있다. 그러나 BCC 고용체 합금 또한 아직 제한된 중량저장밀도, 저압에서조차 방출되지 않는 잔류수소 등이 여전히 풀어야 할 문제점으로 남아있다. 또한 재료비용은 물론, 실제 이용분야에서 중요한 고려 인자인 수소방출 평탄압도 또 다른 중요 특성 중 하나로 고려되어져야 한다. 이와 같은 관점에서 구성원소의 일부에 대한 치환 효과를 생각해 볼 수 있다. 실제로 BCC 합금 중 제 3～4원소 첨가에 관한 보고를 어렵지 않게 찾을 수 있다. 그러나 대부분의 경우 저장용량 감소, 과도한 제2상 생성 등 수소저장 특성 향상에 도움을 주지 못하였다. 본 연구에서는 Ti-Cr-V계 bcc 고용체 합금 중 수소저장 특성이 우수한 T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) 합금을 대상으로 Cr의 일부를 Fe, Mn, Al, B으로 치환 후 수소저장 특성을 조사하였다. Ti-Cr-V-M 합금의 물리화학적 특성을 조사하기 위하여 XRD, SEM 및 EDX 분석을 하였으며, 압력-조성 등온 곡선을 측정하였다. 이로부터 구한 최대 및 유효 수소저장 용량과 합금의 조성비, 격자상수의 상관관계를 조사 분석하였다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다. T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25)FeX 합금에서 Fe 치환량이 증가함에 따라 로그 스케일의 평탄압력은 격자 부피의 감소에 따라 선형적으로 증가하였으며, 열처리 효과에 의하여 Fe 첨가에 의한 제 2상의 생성 및 유효 수소저장용량 감소가 억제되었다. Ti0.32Cr0.43-XV0.25FeX 합금에서 Fe가 8 at% 치환된 경우 유효 수소저장용량의 별다른 감소 없이 방출 평탄압력이 수 기압 범위로 상승하였다. 이와 같은 결과는 고가의 순수 V 대신 저가의 ferrovanadium 사용 가능성을 시사하였다. T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25)MnY (0≤Y≤0.10) 합금의 수소저장특성을 조사한 결과, Mn을 첨가하여도 BCC 격자상수나 수소 흡·방출 평탄압력은 변화하지 않았으며, Ti0.32Cr0.35V0.25Mn0.08 합금의 경우 2.5 wt%의 유효 수소저장용량을 보였다. Ti0.32Cr0.43-X-YV0.25FeXMnY (0≤X≤0.08, 0≤Y≤0.08) 합금의 경우 BCC 격자상수는 Fe의 치환량에만 의존하였으며, 8 at% Fe인 경우 Mn의 치환량이 증가할수록 수소저장용량이 급격히 감소하였다. 한편 수소 흡수속도 측정 결과 T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25)Fe0.03M_(n0.08) 합금은 초기 2분 이내 약 96 %의 수소를 흡수하였다. Al 치환 실험결과 Al의 치환에 의해 수소저장용량이 감소하며, Al 치환량이 증가할수록 BCC 격자상수가 증가함에도 불구하고 수소 흡·방출 평탄압력은 상승하는 결과를 얻었다. 또한 Al의 치환은 crystallite size의 증가 및 lattice strain의 감소를 야기하여 히스테리시스를 증가시켰다. TG/DTA 분석결과 Al의 치환은 압력-조성 등온 곡선 측정 후의 잔류수소 량에는 거의 영향을 미치지 않았으나 BCC hydride의 수소 방출 온도를 상승시켰다. T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) 합금에 B의 첨가가 수소저장특성에 미치는 영향을 알아본 결과 B의 첨가에 의하여 합금의 BCC 격자상수는 선형적으로 변화하였으나, B은 제 2상 생성에 기여했을 뿐 BCC상의 격자상수 변화는 결과적으로 초래된 매트릭스 중의 Ti 농도의 변화에 기인하였다. 격자상수의 변화와 석출된 Ti-B계 제 2상으로 인해 합금의 수소저장용량이 크게 감소하였다. 한편, B 첨가 목적으로 제조된 Ti-B 모합금은 수소와의 반응이 비가역적이었으며, 모합금 중 Ti의 함량이 B의 함량보다 3배 이상이어야 고 융점의 TiB₂가 생성되지 않았다.
수소는 석유를 대체할 대체 에너지인 지열, 풍력, 태양발전 등의 low grade energy를 효율적으로 사용하기위한 에너지 담체로서 많은 연구가 진행되고 있다. 수소에너지는 자원이 풍부하고 연소 시 공해가 없으며 다른 형태로의 에너지 전환이 쉬워 연료로서 뿐만 아니라 에너지 저장 매체로도 뛰어난 성능을 가진 것으로 알려져 있다. 이러한 수소는 상온, 상압에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 에너지 밀도가 낮고 저장, 운반이 불편하다는 문제점을 가지고 있어, 이를 극복할 다양한 수소저장 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 위의 관점에서 금속수소화물을 이용한 저장은 부피 저장 밀도가 우수하며, 상온 상압 부근에서 가역적으로 수소의 흡R방출이 가능한 특징을 가지고 있다. 수소저장합금은 AB_(5), AB₂, AB, A₂B, A 및 BCC계 합금이 있는데, LaNi_(5), MmN_(i5), ZrMn₂ 등의 고전적인 수소저장합금은 Ni-MH 전지, 소형 수소저장매체 등에 일부 사용되고 있으나, 다소 적은 저장밀도에 의해 활용이 제한된다. 그 반면 BCC 고용체 수소저장합금은 뛰어난 부피 저장밀도를 가지고 있어 여러 과학자들이 연구 중에 있다. 그러나 BCC 고용체 합금 또한 아직 제한된 중량저장밀도, 저압에서조차 방출되지 않는 잔류수소 등이 여전히 풀어야 할 문제점으로 남아있다. 또한 재료비용은 물론, 실제 이용분야에서 중요한 고려 인자인 수소방출 평탄압도 또 다른 중요 특성 중 하나로 고려되어져야 한다. 이와 같은 관점에서 구성원소의 일부에 대한 치환 효과를 생각해 볼 수 있다. 실제로 BCC 합금 중 제 3～4원소 첨가에 관한 보고를 어렵지 않게 찾을 수 있다. 그러나 대부분의 경우 저장용량 감소, 과도한 제2상 생성 등 수소저장 특성 향상에 도움을 주지 못하였다. 본 연구에서는 Ti-Cr-V계 bcc 고용체 합금 중 수소저장 특성이 우수한 T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) 합금을 대상으로 Cr의 일부를 Fe, Mn, Al, B으로 치환 후 수소저장 특성을 조사하였다. Ti-Cr-V-M 합금의 물리화학적 특성을 조사하기 위하여 XRD, SEM 및 EDX 분석을 하였으며, 압력-조성 등온 곡선을 측정하였다. 이로부터 구한 최대 및 유효 수소저장 용량과 합금의 조성비, 격자상수의 상관관계를 조사 분석하였다. 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다. T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25)FeX 합금에서 Fe 치환량이 증가함에 따라 로그 스케일의 평탄압력은 격자 부피의 감소에 따라 선형적으로 증가하였으며, 열처리 효과에 의하여 Fe 첨가에 의한 제 2상의 생성 및 유효 수소저장용량 감소가 억제되었다. Ti0.32Cr0.43-XV0.25FeX 합금에서 Fe가 8 at% 치환된 경우 유효 수소저장용량의 별다른 감소 없이 방출 평탄압력이 수 기압 범위로 상승하였다. 이와 같은 결과는 고가의 순수 V 대신 저가의 ferrovanadium 사용 가능성을 시사하였다. T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25)MnY (0≤Y≤0.10) 합금의 수소저장특성을 조사한 결과, Mn을 첨가하여도 BCC 격자상수나 수소 흡·방출 평탄압력은 변화하지 않았으며, Ti0.32Cr0.35V0.25Mn0.08 합금의 경우 2.5 wt%의 유효 수소저장용량을 보였다. Ti0.32Cr0.43-X-YV0.25FeXMnY (0≤X≤0.08, 0≤Y≤0.08) 합금의 경우 BCC 격자상수는 Fe의 치환량에만 의존하였으며, 8 at% Fe인 경우 Mn의 치환량이 증가할수록 수소저장용량이 급격히 감소하였다. 한편 수소 흡수속도 측정 결과 T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25)Fe0.03M_(n0.08) 합금은 초기 2분 이내 약 96 %의 수소를 흡수하였다. Al 치환 실험결과 Al의 치환에 의해 수소저장용량이 감소하며, Al 치환량이 증가할수록 BCC 격자상수가 증가함에도 불구하고 수소 흡·방출 평탄압력은 상승하는 결과를 얻었다. 또한 Al의 치환은 crystallite size의 증가 및 lattice strain의 감소를 야기하여 히스테리시스를 증가시켰다. TG/DTA 분석결과 Al의 치환은 압력-조성 등온 곡선 측정 후의 잔류수소 량에는 거의 영향을 미치지 않았으나 BCC hydride의 수소 방출 온도를 상승시켰다. T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) 합금에 B의 첨가가 수소저장특성에 미치는 영향을 알아본 결과 B의 첨가에 의하여 합금의 BCC 격자상수는 선형적으로 변화하였으나, B은 제 2상 생성에 기여했을 뿐 BCC상의 격자상수 변화는 결과적으로 초래된 매트릭스 중의 Ti 농도의 변화에 기인하였다. 격자상수의 변화와 석출된 Ti-B계 제 2상으로 인해 합금의 수소저장용량이 크게 감소하였다. 한편, B 첨가 목적으로 제조된 Ti-B 모합금은 수소와의 반응이 비가역적이었으며, 모합금 중 Ti의 함량이 B의 함량보다 3배 이상이어야 고 융점의 TiB₂가 생성되지 않았다.
The effects of substituting Fe, Mn, Al, B on the hydrogen storage property of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy were studied. The purpose of the substitution Fe for Cr in the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy was twofold: to raise the desorption plateau pressure of the alloy to 0.1 MPa or higher a...
The effects of substituting Fe, Mn, Al, B on the hydrogen storage property of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy were studied. The purpose of the substitution Fe for Cr in the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy was twofold: to raise the desorption plateau pressure of the alloy to 0.1 MPa or higher and to examine the possibility of using cheaper ferrovanadium. The logarithmic desorption plateau pressure increased linearly with the decrease of the lattice volume. Heat treatment of Fe-containing alloys suppressed the second phase formation, a cause for the decrease in the effective hydrogen storage capacity. The Fe content of as much as 8 at% did not hamper the effective hydrogen storage capacity but raised the plateau pressure up to several atmospheres. These results suggest a possibility of using ferrovanadium instead of the expensive pure vanadium. However, substituting Fe for Cr had no favorable effect on desorbing residual hydrogen in the bcc phase. Likewise, in order to increase the hydrogen storage capacity and the plateau pressure of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy, part of Cr was replaced with Mn or Mn+Fe. When Mn was used alone, the effective hydrogen storage capacity increased to about 2.5 wt% though the plateau pressure showed no significant change. When Fe was added with Mn, however, both the effective hydrogen storage capacity and the plateau pressure increased. The BCC lattice parameter of the alloy decreased linearly with the Fe content but it was not affected by Mn. The effective hydrogen storage capacity of the Ti0.32Cr0.32V0.25F_(e0.03)M_(n0.08) alloy was about 2.5 wt%, higher than 2.35 wt% of the original alloy. The estimated usable hydrogen of the Ti0.32Cr0.32V0.25F_(e0.03)M_(n0.08) alloy was 2.71 wt% in the temperature and pressure range of 293-353 K and 5-0.002 MPa, respectively. Substituting Al for part of Cr in the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy caused the BCC lattice parameter and the crystallite size to increase and the lattice strain to decrease. These microstructual changes caused the decrease in the hydrogen storage capacity and the increase in both the plateau pressure and the hysteresis. The results were contradictory to the general observation that the plateau pressure decreases with the increase in the lattice parameter. The fact that the bond structure between H and Al and that between H and the transition metals differ can account for this discrepancy. This difference also resulted in the decrease in the hydrogen storage capacity. The increased hysteresis resulting from the increase in the Al content can be ascribed to the increased crystallite size and the decreased lattice strain. The effects of boron addition on the hydrogen absorption-desorption properties of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy have also been studied. Boron was added either directly or indirectly through a mother alloy T_(i0.75)B_(0.25). Direct boron addition caused the decrease in the titanium content of the BCC matrix through formation of Ti-B phases, resulting in the decrease in the lattice constant. Conversely, mother alloy addition increased the titanium content and the lattice constant of the matrix, for it contained enough titanium to contribute to the matrix even after forming the second phase TiB. Such lattice constant changes caused by boron addition resulted in drastic changes in hydrogen plateau pressure and great decrease in effective hydrogen storage capacity.
The effects of substituting Fe, Mn, Al, B on the hydrogen storage property of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy were studied. The purpose of the substitution Fe for Cr in the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy was twofold: to raise the desorption plateau pressure of the alloy to 0.1 MPa or higher and to examine the possibility of using cheaper ferrovanadium. The logarithmic desorption plateau pressure increased linearly with the decrease of the lattice volume. Heat treatment of Fe-containing alloys suppressed the second phase formation, a cause for the decrease in the effective hydrogen storage capacity. The Fe content of as much as 8 at% did not hamper the effective hydrogen storage capacity but raised the plateau pressure up to several atmospheres. These results suggest a possibility of using ferrovanadium instead of the expensive pure vanadium. However, substituting Fe for Cr had no favorable effect on desorbing residual hydrogen in the bcc phase. Likewise, in order to increase the hydrogen storage capacity and the plateau pressure of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy, part of Cr was replaced with Mn or Mn+Fe. When Mn was used alone, the effective hydrogen storage capacity increased to about 2.5 wt% though the plateau pressure showed no significant change. When Fe was added with Mn, however, both the effective hydrogen storage capacity and the plateau pressure increased. The BCC lattice parameter of the alloy decreased linearly with the Fe content but it was not affected by Mn. The effective hydrogen storage capacity of the Ti0.32Cr0.32V0.25F_(e0.03)M_(n0.08) alloy was about 2.5 wt%, higher than 2.35 wt% of the original alloy. The estimated usable hydrogen of the Ti0.32Cr0.32V0.25F_(e0.03)M_(n0.08) alloy was 2.71 wt% in the temperature and pressure range of 293-353 K and 5-0.002 MPa, respectively. Substituting Al for part of Cr in the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy caused the BCC lattice parameter and the crystallite size to increase and the lattice strain to decrease. These microstructual changes caused the decrease in the hydrogen storage capacity and the increase in both the plateau pressure and the hysteresis. The results were contradictory to the general observation that the plateau pressure decreases with the increase in the lattice parameter. The fact that the bond structure between H and Al and that between H and the transition metals differ can account for this discrepancy. This difference also resulted in the decrease in the hydrogen storage capacity. The increased hysteresis resulting from the increase in the Al content can be ascribed to the increased crystallite size and the decreased lattice strain. The effects of boron addition on the hydrogen absorption-desorption properties of the T_(i0.32)C_(r0.43)V_(0.25) alloy have also been studied. Boron was added either directly or indirectly through a mother alloy T_(i0.75)B_(0.25). Direct boron addition caused the decrease in the titanium content of the BCC matrix through formation of Ti-B phases, resulting in the decrease in the lattice constant. Conversely, mother alloy addition increased the titanium content and the lattice constant of the matrix, for it contained enough titanium to contribute to the matrix even after forming the second phase TiB. Such lattice constant changes caused by boron addition resulted in drastic changes in hydrogen plateau pressure and great decrease in effective hydrogen storage capacity.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.