[논문]Hydriding Chemical Vapor Deposition 방법으로 제조된 MgH2의 수소저장 특성

박경덕; 한정섭; 김진호; 김병관

doi:10.7316/khnes.2011.22.3.380

Hydriding Chemical Vapor Deposition 방법으로 제조된 MgH2의 수소저장 특성
Hydrogen Storage Property of MgH2 Synthesized by Hydriding Chemical Vapor Deposition 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.22 no.3, 2011년, pp.380 - 385

박경덕 (동아대학교 대학원 신소재공학과) , 한정섭 (동아대학교 대학원 신소재공학과) , 김진호 (한국세라믹 기술원) , 김병관 ((주) 한국 에너지재료)

Abstract ▼ AI-Helper

$MgH_2$ was synthesized by hydriding chemical vapor deposition (HCVD). In this study, we examined the hydrogen storage property of $MgH_2$ synthesized by HCVD. The results of pressure-composition-temperature (PCT) measurement showed that the HCVDed $MgH_2$ reversibly absorbed hydrogen as much as 6 wt%. Each hydrogenation rate was very greater than the conventional alloy methods. The reason was that the particle size made by HCVD was small as approximately 1 ${\mu}m$. The PCT of $MgH_2$ made by HCVD methode was similar to a commercial $MgH_2$. The ${\Delta}H$ and ${\Delta}S$ value are respectively -76.8 $kJ/mol{\cdot}H_2$ and -137.4 $kJ/mol{\cdot}H_2$. Mg made by HCVD methode was activated easily than commercial Mg. Also the initial reaction rate was faster than that of commercial $MgH_2$. 70% of the total storage were stored during 400s.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이번 연구에서는 HCVD에 의해 만들어진 MgH₂의 열역학적인 데이터를 구하고자 하였다. 그리고 흡수와 방출 실험을 통하여 수소저장 초기 반응속도를 관찰하였고 또한 실험 전과 후의 SEM사진을 통해 HCVD 방법으로 제조된 MgH₂의 입자의 형태를 분석하였다.

제안 방법

HCVD 방법을 통해 0.25g의 MgH₂를 만든 직후 산화를 방지하기 위하여 vaccum glove box에 보관하였다. 시료의 변화를 분석하기 위해 제조된 시료에 대한 XRD와 SEM 분석이 이루어 졌다.
한 온도에서 PCT 곡선을 얻은 후 수소를 방출하기 위해 723K에서 한 시간 동안 방출하였다. 그리고 압력을 통해 더 이상 방출되지 않는 것을 확인하고 다른 온도에서 PCT 실험을 실시하였다. 또한 반응속도를 알아보기 위하여 수소흡수와 방출 실험이 진행되었다.
의 열역학적인 데이터를 구하고자 하였다. 그리고 흡수와 방출 실험을 통하여 수소저장 초기 반응속도를 관찰하였고 또한 실험 전과 후의 SEM사진을 통해 HCVD 방법으로 제조된 MgH₂의 입자의 형태를 분석하였다.
1atm으로 낮추어 수소가 방출되지 않을 때까지 실험이 진행되었다. 다른 온도에서 실험을 하기 전에 시료 내에 남아 있는 수소를 완벽하게 방출하기 위해 한 시간 동안 진공분위기에서 방출하였다. 마지막으로 실험 후에 어떤 변화가 일어났는지 파악하기 위해 다시 SEM 분석이 이루어졌다.
그리고 압력을 통해 더 이상 방출되지 않는 것을 확인하고 다른 온도에서 PCT 실험을 실시하였다. 또한 반응속도를 알아보기 위하여 수소흡수와 방출 실험이 진행되었다. 흡수 시 온도는 613K와 673K이며 가해준 압력은 35atm이고 한 시간 동안 유지하였다.
다른 온도에서 실험을 하기 전에 시료 내에 남아 있는 수소를 완벽하게 방출하기 위해 한 시간 동안 진공분위기에서 방출하였다. 마지막으로 실험 후에 어떤 변화가 일어났는지 파악하기 위해 다시 SEM 분석이 이루어졌다.
25g의 MgH₂를 만든 직후 산화를 방지하기 위하여 vaccum glove box에 보관하였다. 시료의 변화를 분석하기 위해 제조된 시료에 대한 XRD와 SEM 분석이 이루어 졌다. 실험에 사용된 장치는 Sievert 타입 장치¹⁵⁾로 압력은 50atm, 온도는 800K 까지 측정가능하다.
흡수 시 온도는 613K와 673K이며 가해준 압력은 35atm이고 한 시간 동안 유지하였다. 이후 방출 실험을 진행하였다. 방출 시에는 흡수 시와 동일한 온도에서 압력 분위기를 0.
충분히 활성화가 된 이후 613, 643, 그리고 673K 온도에서 최대 압력 50atm까지 PCT 실험이 수행되었다. 한 온도에서 PCT 곡선을 얻은 후 수소를 방출하기 위해 723K에서 한 시간 동안 방출하였다.
충분히 활성화가 된 이후 613, 643, 그리고 673K 온도에서 최대 압력 50atm까지 PCT 실험이 수행되었다. 한 온도에서 PCT 곡선을 얻은 후 수소를 방출하기 위해 723K에서 한 시간 동안 방출하였다. 그리고 압력을 통해 더 이상 방출되지 않는 것을 확인하고 다른 온도에서 PCT 실험을 실시하였다.

대상 데이터

시료의 변화를 분석하기 위해 제조된 시료에 대한 XRD와 SEM 분석이 이루어 졌다. 실험에 사용된 장치는 Sievert 타입 장치¹⁵⁾로 압력은 50atm, 온도는 800K 까지 측정가능하다. 실험방법은 다음과 같다.

성능/효과

HCVD 방법으로 제조된 MgH₂의 Plateau pressure는 613K, 643K과 673K에서 각각 6.5, 7.5와 16atm을 나타내어 일반 MgH₂의 평형압력보다 조금씩 낮아짐을 알 수 있었다. 그리고 PCT 곡선을 통해 구해진 ΔS와 ΔH값은 각각 -76.
3에 온도에 따른 PCT의 결과를 나타내었다. 각 온도별 최종 수소저장량은 6wt%로 동일했으며 평형 수소 압력만 다를 뿐이었다.
을 첨가하는 등 여러 연구들이 진행되고 있다. 그 중에서도 high-energy ball mill에 의해 합성된 Mg는 nano 크기의 입자를 가졌으며 다른 방법에 비하여 가장 빠른 반응속도를 보였다. 400초 안에 총 저장량의 95%를 흡수하였다⁴⁾.
그러므로 HCVD 방법으로 제조된 MgH2와 일반 MgH₂를 비교해 볼 때 PCT 곡선은 비슷한 결과를 얻었지만 HCVD 방법으로 제조된 MgH₂는 활성화와 반응속도에서 우수한 성질을 나타내었다.
4KJ/mol･H₂를 나타내었다. 약 400초 안에 총 저장량의 70%가 저장되어 초기반응속도가 매우 빠른 것을 알 수 있었다.
그 외에 다른 피크는 검출되지 않았다. 이를 통해 다른 불순물의 형성 없이 순수하게 원하는 시료를 얻었음을 확인 할 수 있었다.
5wt%의 수소를 저장하였다¹⁸⁾. 즉, 일반적인 Mg의 경우와 비교해볼 때 훨씬 빠른 반응속도를 보였다. 온도가 613K에서는 2000초 동안에 5.
흡수된 양을 모두 방출하는데 7000초의 시간이 필요하였으며 이를 통해 반응속도가 느리다는 것을 확인 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Mg 금속수소화물을 만드는 방법의 종류는?	Mg 금속수소화물을 만드는 방법에는 ingot melting process5), hydriding combustion synthesis(HCS)6-8), vacuum inductive melting, arc melting, chemical vapor deposition(CVD) 등의 다양한 방법이 존재한다. 그러나 melting을 통해 합금을 만드는 방법은 Mg의 높은 증기압으로 인하여 정확한 조성비를 맞추는데 어려움이 있다.
	Mg을 수소저장합금으로 이용하기 좋은 이유는?	Mg은 세계적으로 풍부한 양이 존재하며 수소저장용량이 7.6wt%로 뛰어나 수소저장합금으로 많이 연구되어왔다. 그러나 수차례에 걸친 활성화 반응을 거쳐야만 하기 때문에 많은 시간과 에너지를 소비해야하는 단점이 있다1).
	Mg을 수소저장물질로 이용하기 위해서 극복해야 하는 문제는?	6wt%로 뛰어나 수소저장합금으로 많이 연구되어왔다. 그러나 수차례에 걸친 활성화 반응을 거쳐야만 하기 때문에 많은 시간과 에너지를 소비해야하는 단점이 있다1). 또한 높은 온도에서 수소를 저장하기 때문에 수소저장매체로 적용하기 어려운 면이 있다. 그리고 활성화 반응이 느리고 반응 이후에도 반응물전체가 수소화물을 형성하지 않는다. 이러한 여러 문제는 수소저장물질로 사용되기 위해서 극복되어야 할 과제들이다.

참고문헌 (18)

T. Akiyama, H. Isogai and J. Yagi, "Hydriding combustion synthesis for the production of hydrogen storage alloy", J. Alloys Compd, Vol. 252, 1997, p. L1.

상세보기
A.Ye. Yermakov, N.V. Mushnikov, M.A. Uimin, V.S. Gaviko, A.P. Tankeev, A.V. Skripov, A.V. Soloninin and A.L. Buzlukov, "Hydrogen reaction kinetics of Mg-based alloys synthesized by mechanical milling", J. Alloys Compd, Vol. 425, 2006, p. 367.

상세보기
Y. Fu, M. Groll, R. Mertz, R. Kulenovic, "Effect of LaNi5 and additional catalysts on hydrogen storage properties of Mg", J. Alloys Compd, Vol. 460, 2008, p. 607.

상세보기
Y. Kojima, Y. Kawai and T. Haga, "Magnesiumbased nano-composite materials for hydrogen storage", J. Alloys Compd, Vol. 424, 2006, p. 294.
Won Ha, Ho-Shin Lee, Jeong-Il Youn, Tae-Whan Hong, Young-Jig Kim, "Hydrogenation and degradation of Mg-10 wt% Ni alloy after cyclic hydriding-dehydriding", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 32, 2007, p. 1885.

상세보기
Liquan Li, T. Akiyama, T. Kabutomori, K. Terao, J. Yagi, "Hydriding and dehydriding behavior of the product in hydriding combustion synthesis of $Mg_{2}NiH_{4}$ ", J. Alloys Compd, Vol. 287, 1999, p. 98.
Liquan L, Akiyama T, Yagi J., "Hydrogen storage alloy of Mg2NiH4 hydride produced by hydriding combustion synthesis from powder of mixture metal", J. Alloys Compd. Vol. 308, 2000, p. 98.
Liquan L, Saita I, Akiyama T., "Intermediate products during the hydriding combustion synthesis of $Mg_{2}NiH_{4}$ ". J. Alloys Compd. Vol. 384, 2004, p. 157.
Huang ZG, Guo ZP, Calka A, Wexler D, Lukey C, Liu HK, "Effects of iron oxide ( $Fe_{2}O_{3},\;Fe_{3}O_{4}$ ) on hydrogen storage properties of Mg-based composites", J. Alloys Compd, Vol. 422, 2006, p. 299.
Jensen TR, Andreasen A, Vegge T, Andreasen JW, Stahl K, etal., "Dehydrogenat ion kinetics of pure and nickel-doped magnesium hydride investigated by in situ time-resolved powder X-ray diffraction", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 31, 2006, p. 2052.

상세보기
Chunyu Zhu, Haruya Hayashi, Itoko Saita, Tomohiro Akiyama, "Direct synthesis of $MgH_{2}$ nanofibers at different hydrogen pressures", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 34, 2009, p. 7283.

상세보기
Chunyu Zhu, Norihito Sakaguchi, Sou Hosokai, Seiichi Watanabe, Tomohiro Akiyama, "In situ transmission electron microscopy observation of the decomposition of $MgH_{2}$ nanofiber", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 36, 2011, p. 3600.

상세보기
I. Saita, T. Toshima, S. Tanda, T. Akiyama, "Hydrogen storage property of $MgH_{2}$ synthesized by hydriding chemical vapor deposition", J. Alloys Compd, Vol. 446, 2007, p. 80.

상세보기
Shun Hiroi, Sou Hosokai, Tomohiro Akiyama, "Ultrasonic irradiation on hydrolysis of magnesium hydride to enhance hydrogen generation", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 36, 2011, p. 1442.

상세보기
J. S. Han , K. D. Park, "Thermal Analysis of Mg Hydride by Sievert's type automatic apparatus", Kor. J. Met. Mater Vol. 48, No. 12, 2010, p. 1123.
Choong-Nyeon Park, "Hydrogen Storage Technologies Using Hydrogen Storage Allays", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 15, 2004, p. 208.
J.F. Stampfer Jr, C.E. Holley Jr, and L.F. Stuttle, J. Am. Chem. Soc. 82, 1960, p. 3504.
M. Guvendiren, E. Bayboru and T. Ozturk, "Effects of additives on mechanical milling and hydrogenation of magnesium powders", Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 29, 2004, p. 491.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증