수소 저장 합금은 두 부분으로 구성되어 있다. 일부는 수소를 흡수하거나 수소와 친화력이 강한 원소 (A) 로, 수소량을 조절하는 것이 수소 저장 합금의 핵심 원소이다. 주로 Ti, Zr, Ca, Mg, V, Nb, Re (희토류 원소) 와 같은 1A 에서 ⅴ B 계열까지의 금속으로 구성됩니다. 또 다른 부분은 수소를 거의 흡수하지 않거나 전혀 흡수하지 않는 요소 (B) 로, 흡수/수소 방출의 가역성을 제어하여 Fe, Co, Ni, Cr, Cu, Al 등과 같은 열과 분해 압력을 조절하는 역할을 한다. 그림 1 은 일부 금속 수소화물의 수소 저장량을 보여줍니다.
현재 국제적으로 다양한 수소 저장 합금이 개발되어 수소 저장 합금 금속 성분의 수에 따라 이원계, 삼원계, 다원계로 나눌 수 있다. 수소 저장 합금 재료의 주요 금속 원소에 따르면 희토계, 마그네슘계, 티타늄계, 바나듐기 고용체, 플루토늄계 등으로 나눌 수 있다. 수소 저장 합금을 구성하는 금속은 수소 흡수 유형 (A 로 표시) 과 비 수소 흡수 유형 (B 로 표시) 으로 나눌 수 있으며 이에 따라 수소 저장 합금은 AB5 형, AB2 형, AB 형 및 A2B 형으로 나눌 수 있습니다. -응?
무기 및 유기 수소 저장 물질
일부 무기물 (예: N2, CO, CO2) 은 H2 와 반응할 수 있고, 산물은 연료로 분해하여 H2 를 얻을 수 있는데, 이것은 현재 연구 중인 신형 수소 저장 기술이다. 탄산수소염과 포름산염의 수소반응처럼 Pd 나 PdO 를 촉매제로 흡습성이 강한 활성탄을 운반체로, KHCO3 이나 NaHCO3 을 수소제로, 수소량은 2wt% 에 달할 수 있다. 이 방법의 주요 장점은 대량의 저장과 운송이 쉽고 안전은 좋지만 수소 저장량과 가역성은 좋지 않다는 것이다.
일부 금속은 물과 반응하여 수소를 생산할 수 있다. 예를 들어, Na, 반응 후 NaOH 생성, 수소의 질량 저장 밀도는 3wt% 입니다. 이 반응은 되돌릴 수 없지만, NaOH 는 태양열 난로를 통해 금속 Na 로 환원할 수 있다. 마찬가지로, Li 도 이 공예를 가지고 있는데, 그 수소의 질량 저장 밀도는 6.3wt% 이다. 이런 수소 저장 방법의 주요 어려움은 금속 복원의 가역성과 통제이다. 현재 아연의 응용은 성공적이다.
Li3N 의 이론적 흡수량은 1 1.5wt% 로 255 C 수소 분위기에서 30 분 동안 유지되어 총 흡수량이 9.3wt% 에 달한다. 200 C 에서는 충분한 시간을 주면 흡수가 된다. 200 C (1MPA) 의 진공에서 6.3wt% 의 수소를 방출하고, 나머지 수소는 고온 (320 C 이상) 에서만 방출된다. 다른 금속 수소화물과 달리 PCT 곡선에서 Li3N 에는 두 개의 플랫폼이 있습니다. 첫 번째 플랫폼 압력은 낮고 두 번째 플랫폼 압력은 기울기입니다.
유기 수소 저장 기술은 1980 년대에 시작되었다. 유기물의 수소저장은 불포화 액체 유기물과 수소의 한 쌍의 가역반응, 즉 촉매 수소화와 탈수수소를 통해 이루어진다. 수소화반응은 수소 저장 (화학결합) 을 실현하고, 탈수수소반응은 수소를 방출한다. 유기 액체 수 소화물은 새로운 수소 저장 기술로서 많은 장점을 가지고 있습니다. 벤젠과 톨루엔의 이론적 수소 저장량은 각각 7. 19wt% 와 6.18wt% 입니다. 수소 저장제와 수소 전달체의 성질은 휘발유와 유사하며, 저장, 운송 및 유지가 안전하고, 기존의 석유 저장 시설을 이용하기 쉽다. 불포화 유기 액체 화합물은 수소 저장제로 여러 번 재활용할 수 있으며, 수명은 20 년에 달할 수 있다. 그러나 수소 탈수소 조건은 가혹하고, 사용되는 촉매제는 쉽게 불활 화되고, 아직 진일보한 연구를 하고 있다. (윌리엄 셰익스피어, 수소, 수소, 수소, 수소, 수소, 수소) -응?
나노 수소 저장 물질
나노 물질은 양자 크기 효과, 작은 크기 효과, 표면 효과로 인해 많은 독특한 물리 화학적 성질을 가지고 있으며 물리학, 화학, 재료 등 학과의 최전선이 되었다. 나노화 후, 활성화 성능이 현저히 향상되었고 수소 확산 계수가 더 높았으며, 수소 흡수 역학 성능이 우수하다는 등 새로운 열역학 및 역학 특성도 많이 나타났다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 나노 수소 저장 물질은 일반적으로 수소 저장량, 순환 수명 및 수소화-탈수소 속도면에서 일반 수소 저장 물질보다 더 나은 성능을 가지고 있습니다. 비 표면적 및 표면 원자 서수가 증가함에 따라 금속의 성질이 변경되어 블록 재료가 가지고 있지 않은 성질이 있다. 알갱이 크기가 작기 때문에 수소는 금속으로 확산되어 틈새 고용체를 형성하기 쉽다. 표면 흡착 현상도 더욱 두드러지기 때문에 수소 저장 물질의 나노화는 수소 저장 물질의 연구 핫스팟이 되었다. 나노 수소 저장 합금은 높은 수소 저장량 수소 저장 물질 연구에 새로운 연구 방향과 사고를 제공한다. Tanaka 등은 나노 수소 저장 합금이 우수한 동적 성능을 가진 이유를 요약했다. (1) 대량의 나노 결정계가 수소 원자를 쉽게 확산시킬 수 있도록 했다. (2) 나노 결정은 매우 높은 비 표면적을 가지고 있어 수소 원자가 수소 저장 물질에 쉽게 스며들게 한다. (3) 나노 수소 저장 물질은 수소 원자가 수소층을 통한 장거리 확산을 피하고 수소화물 중 수소 원자의 확산은 역학 성능을 통제하는 가장 중요한 요인이다. 일반적으로 니켈 알루미늄 합금은 수소 흡수 특성을 가지고 있지 않습니다. 위건군 등은 자현정류법을 이용하여 단상 금속간 화합물 AlNi 나노 입자를 준비한다. 일정 조건 하에서 나노 AlNi 는 90-100 C 에서 수소 흡수 과정을 실현하여 최대 흡착량이 7 에 달할 수 있다. 소재 자체 무게의 3% 입니다. -응?
탄소 재료는 수소를 저장한다.
흡착 수소 저장은 최근 몇 년 동안 발전해 온 새로운 수소 저장 방법으로, 안전하고 믿을 만하며 저장 효율이 높다는 장점이 있다. 수소를 흡착하는 물질 중에서 탄소질 물질은 가장 좋은 흡착제로, 소수의 기체 불순물에 민감하지 않을 뿐만 아니라 재사용도 가능하다. 탄소 수소 저장 물질은 주로 활성 탄소 (AC), 흑연나노섬유 (GNF) 및 표면적이 높은 탄소 나노튜브 (CNT) 입니다. -응?
배위 수소화물
배위 수소화물은 알칼리 금속 (리튬 나트륨 칼륨 등) 의 성질에 기반을 두고 있다. ) 또는 알칼리 토금속 (마그네슘, 칼슘 등. ) 및 제 3 주족 원소는 수소와 배위 수 소화물을 형성 할 수있다. 금속수소화물과 금속수소화물의 주요 차이점은 수소 흡수 과정에서 이온이나 공가화합물로 전환되는 반면, 금속수소화물의 수소는 원자 상태로 합금에 저장된다는 것이다.
표 1 은 매우 높은 수소 저장 용량을 함유하고 있다는 것을 알 수 있는 배위 수소화물들을 보여 주기 때문에, LiBH4, NaBH4, KBH4 는 이미 산업화되었다.
배위 수소화물은 실온에서 분해율이 낮고, LiBH4, NaBH4 와 같은 금속수소화물은 건조하거나 불활성 분위기에서 300 C 이상이 되어야 수소를 해석할 수 있으며, 순환성능에 대한 연구도 적다는 점을 지적해야 한다. 이에 따라 Bogdanovic 등은 NaAlH4 를 대상으로 촉매제가 활성화에너지를 낮출 수 있고 Ti4+ 의 촉매 성능이 Zr4+ 보다 우수하다는 사실을 발견했다.
배위 수소화물의 연구와 개발의 경우 새로운 촉매제를 찾거나 기존 촉매 (Ti, Zr, Fe) 의 조합을 최적화해 저온 수소 발생 성능과 순환 성능을 개선할 필요가 있다. -응?
수화물 수소 저장
기체 수화물은 공상 수화물이라고도 하며, 물 분자가 수소 결합과 객체 분자를 통해 약한 반데르발스 힘에 의해 형성되는 주체공혈로 구성된 일종의 얼음 결정체이다. 일반적인 반응 방정식은 다음과 같습니다.
R+NH2O-R NH2O (고체) 1△ H (반응열)
수화물은 보통 그림 2 와 표 2 와 같이 세 가지 구조를 가지고 있다. 많은 기체나 휘발성 액체는 일정한 온도와 압력 조건 하에서 물과 반응하여 천연가스, 이산화탄소, 각종 프레온 냉제와 같은 가스 수화물을 생산할 수 있다.
수화물 수소 저장에는 많은 장점이 있습니다: 첫째, 수소 저장과 수소 방출 과정은 정반대입니다. 수소 저장 물질은 물입니다. 수소 방출 후 남은 제품은 물밖에 없으며 환경에 오염이 없습니다. 물은 자연계에 대량으로 존재하며 가격이 저렴합니다. 둘째, 형성과 분해의 온도 압력 조건은 상대적으로 낮고, 속도가 빠르며, 에너지 소비량이 낮다. 분말 얼음이 수소 수화물을 형성하는 데는 몇 분, 덩어리 얼음이 수소 수화물을 형성하는 데는 몇 시간밖에 걸리지 않는다. 수화물이 분해될 때 수소는 분자 형태로 수화물 공극에 존재하기 때문에 상온 상압에서만 수화물에서 방출될 수 있으며 분해 과정은 매우 안전하고 소모되는 에너지도 적다. 따라서 수화물 수소 저장을 연구하는 것은 매우 의미가 있다. 미국 일본 캐나다 한국 유럽은 이미 초보적인 실험 연구와 이론 분석을 시작했다.