초록 ▼

1. 불순물에 대한 내구성이 타(他) 합금보다 우수한 LaNi5 합금에서 La을 Mm로 치환한 MmNi5 합금을 기반으로 한 수소정제용 수소저장합금과 불순물에 대한 내구성은 떨어지나 수소 저장량이 큰 Ti-Zr-Mn-Cr계 합금을 기반으로 한 수소저장용 수소저장합금을 설계, 제조하여 각 합금에 대한 열역학적인 특성(PCT 특성)을 조사한다.2. 수소저장합금의 가격을 낮추기 위해 공업용 원료를 사용한 합금을 제조하고 특성을 조사하여, 수소저장용기에 사용할 합금을 선정하고 수고저장용기에서 각 합금의 수소 저장특성(전열, 저장 및 배출속

1. 불순물에 대한 내구성이 타(他) 합금보다 우수한 LaNi5 합금에서 La을 Mm로 치환한 MmNi5 합금을 기반으로 한 수소정제용 수소저장합금과 불순물에 대한 내구성은 떨어지나 수소 저장량이 큰 Ti-Zr-Mn-Cr계 합금을 기반으로 한 수소저장용 수소저장합금을 설계, 제조하여 각 합금에 대한 열역학적인 특성(PCT 특성)을 조사한다.2. 수소저장합금의 가격을 낮추기 위해 공업용 원료를 사용한 합금을 제조하고 특성을 조사하여, 수소저장용기에 사용할 합금을 선정하고 수고저장용기에서 각 합금의 수소 저장특성(전열, 저장 및 배출속도 등)을 향상시키기 위한 내부 구조의 설계, model 시험 및 성능을 측정한다.3. 10기압 이하에서 운전되는 수소의 순환 정제 공정 설계, 열 및 물질 수지를 분석하여 수소저장합금 정제 반응기를 설계, 제작하고 그 성능을 측정한다.

Abstract ▼

1. Based on MmNi5 alloy replaced La with Mm of the conventional LaNi5 alloy a new hydrogen storage alloy for hydrogen purification is developed. This new alloy has superior durability against impurities compared to other alloys, which was found through the investigation of PCT characteristics. Hydri

1. Based on MmNi5 alloy replaced La with Mm of the conventional LaNi5 alloy a new hydrogen storage alloy for hydrogen purification is developed. This new alloy has superior durability against impurities compared to other alloys, which was found through the investigation of PCT characteristics. Hydride alloy based on Ti-Zn-Mn-Cr group shows large hydrogen absorption capacity but low durability against the hydrogen impurities, which was found the same PCT test facilities.2. The alloys are produced with industrial raw materials to lower the price of hydride alloys. A hydride storage model is designed and the storage model is tested with variation of the storage internals. A model of hydride hydrogen cleaning reactor is designed and an operation model is tested.3. After design and analyzing of a closed purification process, the investigation of the propagation profiles of heat and hydrogen transfer of the hydride purification reactor is performed. According to this investigation the purification reactor is designed and produced.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...23
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성...23
• 제 2 절 이론적 배경...25
• 1. 합금의 수소저장반응과 평형상태...25
• 2. 합금의 열역학적 성질...26
• 3. 합금의 결정구조와 수소의 저장위치...27
• 4. 수소저장 정제 매체로서의 금속수소화물...29
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...31
• 제 1 절 ${AB}_5$계 수소저장합금...31
• 제 2 절 ${AB}_2$계 수소저장합금...32
• 제 3 절 수소저장용기의 전열 및 물질이동과 특성향상...33
• 제 4 절 수소저장용기...36
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과...38
• 제 1 절 합금의 특성실험 절차...38
• 1. 합금의 제조...39
• 2. 합금의 분석...41
• 3. 활성화 처리...41
• 4. PCT 곡선 측정...41
• 5. 수소화 반응열...44
• 6. 합금의 내구성 실험...45
• 7. 합금의 전열 계수 실험...45
• 8. 열 전달 측정시스템의 구성...49
• 제 2 절 합금의 특성실험 결과...51
• 1. ${AB}_5$계 수소저장합금...51
• 2. ${AB}_2$계 수소저장합금...60
• 제 3 절 Test 셀의 수소 흡/방출 실험...75
• 1. 내부 전열 핀이 없는 Test 셀에서의 수소 흡/방출...75
• 2. 내부 전열 핀이 있는 Test 셀에서의 수소 흡/방출...86
• 제 4 절 Modeling 실험...93
• 1. 합금 층의 Pore Modeling...93
• 2. 유효 열전도도 Modeling...97
• 3. 합금 저장 조의 Modeling...98
• 제 5 절 수소 정제 시스템의 구성...100
• 1. 산소제거 반응기...102
• 2. 건조기...104
• 3. 정제 반응기...105
• 가. 반응기의 구성...105
• 나. 반응기의 성능실험...106
• 4. 저장 용기...109
• 제 6 절 연구 개발 결과...109
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...111
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...112
• 참고문헌...113
• 부 록...115
• 그림목차...18
• [그림 1-1] PCT 특성 곡선...26
• [그림 1-2] ${LaNi}_5$ 합금의 결정구조...28
• [그림 1-3] ${AB}_2$계 라베스상 구조 및 격자 공극...28
• [그림 2-1] 수소저장합금 충진 용기의 두 형태...35
• [그림 3-1] 아르곤 아크 용해로의 개략도 및 장치...40
• [그림 3-2] 자동 PCT 측정 장치...42
• [그림 3-3] Pressure Cycling의 시간에 따른 압력 변화...46
• [그림 3-4] 내부 전열 핀이 없는 Test 셀...48
• [그림 3-5] 내부 전열 핀이 있는 Test 셀...48
• [그림 3-6] 열 전달 측정시스템의 구성도 및 장치...50
• [그림 3-7] Ni 대신 A1 부분치환이 합금의 수소 탈착 특성에 미치는 영향...53
• [그림 3-8] Mn 대신 A1 부분치환이 합금의 수소 탈착 특성에 미치는 영향...54
• [그림 3-9] 조성이 다른 Mm이 합금의 수소 탈착 특성에 미치는 영향...55
• [그림 3-10] Fe 과 Ti의 부분 치환에 따른 합금의 수소 흡/탈착 특성...56
• [그림 3-11] Mm(d)${Ni}_{4.02} {Fe}_{0.78} {Al}_{0.1}$ 합금과 Mm(d)${Ni}_{4.018} {Fe}_{0.784} {Al}_{0.098}$ 합금의 PCT 특성...57
• [그림 3-12] Mm(d)${Ni}_{4.02} {Fe}_{0.78} {Al}_{0.1}$ 합금의 Ti 및 Zr의 부분치환 효과...58
• [그림 3-13] Mm(d)${Ni}_{4.02} {Fe}_{0.78} {Al}_{0.1}$ 합금의 온도에 따른 PCT 특성...61
• [그림 3-14] Mm(d)${Ni}_{4.018} {Fe}_{0.784} {Al}_{0.098}$ 합금의 온도에 따른 PCT 특성...62
• [그림 3-15] Mm(d)${Ni}_{4.018} {Fe}_{0.784} {Al}_{0.098}$ 합금의 구리도금 전후의 PCT 특성...63
• [그림 3-16] Mm(d)${Ni}_{4.018} {Fe}_{0.784} {Al}_{0.098}$ 합금의 Pressure Cycling 전후의 PCT 특성...64
• [그림 3-17] Mm(d)${Ni}_{4.018} {Fe}_{0.784} {Al}_{0.098}$ 합금의 수소 해리압력의 Van't Hoff Plot...65
• [그림 3-18] ${AB}_5$계 합금의 PCT 측정후 XRD 분석 결과...66
• [그림 3-19] 구리 도금 전후 합금의 PCT 측정후 XRD 분석 결과...67
• [그림 3-20] ${Ti}_{0.7} {Zr}_{0.3} {Mn}_{0.95} {Cr}_{0.95} {Fe}_{0.05}$ 합금의 Fe 대신 Ni 치환 효과...69
• [그림 3-21] Ti/Zr 및 Mn/Cr의 비가수소흡/탈착 특성에 미치는 영향...70
• [그림 3-22] ${Ti}_{0.8} {Zr}_{0.2} {Mn}_{0.95} {Cr}_{0.95} {Fe}_{0.03} {Ni}_{0.02}$ 합금의 Fe 대신 V 치환 효과...71
• [그림 3-23] 순수 Fe 및 V 대신 FeV 치환효과...72
• [그림 3-24] ${Ti}_{0.7} {Zr}_{0.3} {Mn}_{0.95} {Cr}_{0.95} {Fe}_{0.03} {Ni}_{0.02}$ 합금의 용융방식에 따른 PCT특성...73
• [그림 3-25] AB2계 합금의 PCT 측정후 XRD 분석 결과...74
• [그림 3-26] 내부 전열 핀이 없는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 30℃, 열매온도 30℃...78
• [그림 3-27] 내부 전열 핀이 없는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 20℃, 열매온도 40℃...79
• [그림 3-28] 내부 전열 핀이 없는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 10℃, 열매온도 50℃...80
• [그림 3-29] 내부 전열 핀이 없는 test 셀에서 ${AB}_5$계 합금의 온도에 따른 수소저장량...81
• [그림 3-30] 내부 전열 핀이 없는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 20℃, 열매온도 20℃...82
• [그림 3-31] 내부 전열 핀이 없는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 30℃, 열매온도 30℃...83
• [그림 3-32] 내부 전열 핀이 없는 test 셀에서 ${AB}_2$계 합금의 온도에 따른 수소저장량...84
• [그림 3-33] 전열계수의 수치해석 결과...85
• [그림 3-34] 내부 젼열 핀이 있는 test 셀의 공냉시 수소 흡/탈착 특성...87
• [그림 3-35] 내부 전열 핀이 있는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 20℃, 열매온도 40℃...88
• [그림 3-36] 내부 전열 핀이 있는 test 셀의 수소 흡/탈착 특성 냉매온도 15℃, 열매온도 35℃...89
• [그림 3-37] 내부 전열 핀(3-fin)이 있는 test 셀에서 ${AB}_5$계 합금의 온도에 따른 수소저장량...90
• [그림 3-38] 내부 전열 핀이 있는 test 셀의 시간에 따른 압력변화의 비교...91
• [그림 3-39] 내부 전열 핀이 있는 test 셀에서 ${AB}_5$계 합금의 온도에 따른 수소저장량...92
• [그림 3-40] 균일 입자경의 2차원 입자 분포...95
• [그림 3-41] Weibull 입자경의 2 차원 입자 분포...95
• [그림??...96
• [그림 3-43] ${LaNi}_{4.7}{Al}_{0.3}$ 합금의 유효 열전도도...99
• [그림 3-44] Mm(d)${Ni}_{4.018}{Fe}_{0.784}{Al}_{0.098}$ 합금의 유효 열전도도의 온도 의존성...99
• [그림 3-45] 수소 흡/탈착 시 합금 분말 내 수소 농도...101
• [그림 3-46] 수소 정제 시스템의 구성...103
• [그림 3-47] 좌-산소제거 반응기, 우-건조기...107
• [그림 3-48] 정제 반응기...107
• [그림 3-49] 정제 반응기의 수소 저장량...108
• 표목차...21
• 표1-1> 각종 금속수소화물의 수소 체적밀도와 수소중량밀도...30
• 표3-1> 원료로 사용한 금속의 순도...38
• 표3-2> 무 전해 구리도금 조건...59
• 표3-3> Modeling Parameters...100
• 표3-4> De-Oxygenation 촉매의 특성...104