보고서 정보
주관연구기관 |
전북대학교 Chonbuk National University |
연구책임자 |
송명엽
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2020-06 |
과제시작연도 |
2020 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO202100013427 |
과제고유번호 |
1345313966 |
사업명 |
개인기초연구(교육부)(R&D) |
DB 구축일자 |
2021-09-11
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키워드 |
수소저장합금.마그네슘.탄소 물질.니켈과 YSZ.반응성 기계적 분쇄.수소 저장 용량.수소 흡수 방출 속도.상변화와 미세 구조.싸이클 성능.
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초록
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□연구개요
탄소 물질, 전이 금속, 화합물을 첨가한 고 수소 저장 용량과 수소 흡수 방출 속도를 가진 마그네슘/카본 나노복합체를 개발하기 위하여 다음을 수행하였다:
1) Mg-graphene, Mg-graphene-전이 금속(M), Mg-graphene-M-화합물(Comp) 나노복합체의 제조 및 수소 저장 성능 평가,
2) Mg-carbon nanotube (CNT), Mg-CNT-M, Mg-CNT-M-Comp 나노복합체의 제조 및 수소 저장 성능 평가,
3) Mg-carbon nanofiber (CNF), M
□연구개요
탄소 물질, 전이 금속, 화합물을 첨가한 고 수소 저장 용량과 수소 흡수 방출 속도를 가진 마그네슘/카본 나노복합체를 개발하기 위하여 다음을 수행하였다:
1) Mg-graphene, Mg-graphene-전이 금속(M), Mg-graphene-M-화합물(Comp) 나노복합체의 제조 및 수소 저장 성능 평가,
2) Mg-carbon nanotube (CNT), Mg-CNT-M, Mg-CNT-M-Comp 나노복합체의 제조 및 수소 저장 성능 평가,
3) Mg-carbon nanofiber (CNF), Mg-CNF-M, Mg-CNF-M-Comp 나노복합체의 제조 및 수소 저장 성능 평가.
나노복합체 제조는, 수소 분위기에서 고속 행성 볼 밀링을 하는, 순수한 Mg의 반응성 기계적 분쇄, 탄소 물질, 전이 금속, 화합물을 첨가한 Mg의 혼합물의 반응성 기계적 분쇄에 의해 이루어졌다.
□연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도(2017): Mg에 graphene, 전이 금속 (M), 화합물 (Comp) 첨가에 의한 Mg-graphene, Mg-graphene-M, Mg-graphene-M-Comp 나노복합체의 개발. 연구목표: 유효 수소 저장 용량(1 시간 동안에 흡수된 수소의 양) 6.0 wt%, 수소 흡수 속도 5.0 wt% H/10 min, 수소 분해 속도 4.8 wt% H/60 min. 유효 수소 저장 용량, 수소 흡수 속도, 수소 분해 속도의 목표치를 달성하였다. 특히 Mg-2.5graphene-2.5Ni-2.5YSZ (yttria-stabilized zirconia)가 우수한 특성을 나타내어, 593 K, 제3싸이클 (n=3)에서 유효 수소 저장 용량 6.57 wt%, 수소 흡수 속도 5.31 wt% H/10 min, 수소 분해 속도 5.12 wt% H/60 min을 나타내었다.
(2) 2차년도(2018): Mg에 carbon nanotube (CNT), 전이 금속 (M), 화합물 (Comp) 첨가에 의한 Mg-CNT, Mg-CNT-M, Mg-CNT-M-Comp 나노복합체의 개발. 연구목표: 유효 수소 저장 용량 6.5 wt%, 수소 흡수 속도 5.5 wt%/10 min, 수소 분해 속도 5.3 wt%/60 min. 연구 목표치를 달성하였다. 특히 Mg-2.5CNT-2.5Ni가 우수한 특성을 나타내어, 593 K, n=3에서 유효 수소 저장 용량 6.84 wt%, 수소 흡수 속도 6.20 wt% H/10 min, 수소 분해 속도 5.64 wt% H/60 min을 나타내었다.
(3) 3차년도(2019): Mg에 carbon nanofiber (CNF), 전이 금속 (M), 화합물 (Comp) 첨가에 의한 Mg-CNF, Mg-CNF-M, Mg-CNF-M-Comp 나노복합체의 개발. 연구목표: 유효 수소 저장 용량 7.0 wt%, 수소 흡수 속도 6.0 wt% H/10min, 수소 분해 속도 5.7 wt% H/60min, 100 번째 싸이클에서 초기 수소 저장 용량의 80 % 유지. 유효 수소 저장 용량, 수소 흡수 속도, 수소 분해 속도의 목표치를 달성하였다. 특히 Mg-2.5CNF-2.5Ni 가 우수한 특성을 나타내어, 593 K, n=3에서 유효 수소 저장 용량 7.11 wt%, 수소 흡수 속도 6.35 wt% H/10 min, 수소 분해 속도 5.72 wt% H/60 min을 나타내었다. 싸이클 성능의 연구 결과, Mg-2.5CNF-2.5Ni는, 593 K, 1.0 bar H2에서 비교적 짧은 시간인 10 분 동안에 방출된 수소의 양 Hd (10min)의 경우, 100 번째 싸이클에서 제1 싸이클의 Hd (10min)의 약 88 %를 나타내었다.
□연구개발결과의 중요성
1) 재료의 제조 과정이 단순하고, 활성화 과정이 용이하며, 대량 생산에 어려움이 없을 것으로 기대되고, 고 용량, 고 반응 속도를 가진 우수한 수소저장특성을 가진 합금을 개발하였다.
2) 개발한 합금을 사용하여 전력 평준화(load levelling)가 가능한 수소저장시스템을 개발하여 전력효율을 높일 수 있을 것이며, 수소를 연료로 사용하면 대기오염 방지 등 환경 개선에 기여할 것으로 생각된다.
3) 개발한 합금을 냉난방장치(수소화물 열펌프), 수소 정화 및 분리 장치, 수소동소체의 분리 장치, 수소 압축기, 축전지 및 연료전지의 전극, 잠수함 등에 사용하는 군사용 연료전지의 수소발생원 등에 사용할 수 있다.
4) 본 연구를 수행함으로써 에너지 저장 재료인 수소저장합금에 대한 조성 설계, 제조 기술, 수소 저장 특성 평가 능력을 갖춘 에너지 재료 관련 연구 개발 인력을 양성하였다.
(출처 : 요 약 문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 연구결과 요약문 ... 2
- 목차 ... 3
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
- 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
- 2-1. 제1차년도 ... 4
- 2-2. 제2차년도 ... 9
- 2-3. 제3차년도 ... 15
- 3. 연구개발결과의 중요성 ... 22
- 4. 참고문헌 ... 22
- 5. 연구성과 ... 24
- 끝페이지 ... 26
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