Synthesis of hydrogen storage medium using Titanium hydride(TiH₂)-decorated Polyaniline

Abstract

환경오염이 심각해지고 석유에너지의 매장량의 한계로 인하여 새로운 에너지에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다. 그 중에서도 수소에너지 는 오염물질 배출이 없고 무한한 양을 생성할 수 있기 때문에 각광받 고 있다. 하지만, 저장하는 측면에서 상온과 상압에서 기체상태로 존재 하기 때문에 저장의 불편함과 어려움을 가지고 있다. 따라서 그러한 단점을 최대한 줄이고자 고체 저장 물질을 개발하여 이 에 수소를 저장시키는 연구를 진행하였다. 이 연구에서는 수소저장 매개체로 고분자에 전이금속을 결합시켜 수소 의 저장능력을 알아보는 연구를 하였다. 고분자로는 polyaniline emeraldine base(PANI, Mw ca 20,000)을 사용하였고, 전이금속으로는 TiH₂를 이용하여 이를 합성시켜 고분자 표면 위에 결합시키는 실험을 하였다. 이에 따라 Ti에 수소가 결합이 되어 수소저장을 할 수 있게 된다. 첫 번째로는, 액상방법으로 용매를 사용하여 반응 온도, PANI와 TiH₂ 간의 질량비를 변화 시킴으로써, 이러한 변수들이 PANIdecorated with TiH₂ 합성에 미치는 영향을 알아보았다. 또한, 다양한 용매를 사용하여 최적의 용해도를 갖는 1-methyl-2-pyrrolidine (NMP)에서 합성을 하여, 이에 따른 결과를 관찰하였다. 두 번째로, PANI와 TiH₂ 두 물질에 용매를 사용하지 않고 반응을 시킨, 고상 방법을 사용한 수소저장 능력을 측정하였다. TiH₂ 입자 크 기를 최대한으로 줄이기 위해, 막자 사발을 이용해 제분(milling)한 후 에 PANI와 혼합시켰다. 그리고, 이를 200도의 소성로에서 열처리를 시킨 후에 수소저장 능력을 측정하였다. 수소 저장 능력은 상온에서 압력을 1기압에서 6기압으로 변화시킴으 로써 흡착량과 탈착량을 측정하였다. 앞으로 고온, 고압에서 수소저장량을 측정하였을 때, 좀 더 높은 흡착 량을 얻을 수 있을 것이라고 생각됩니다.; In recent years, raising concerns of global warming and environmental pollution have spurred an interest in alternative fuels. Hydrogen is energy rich and when used in a fuel cell produces only water as a byproduct. A major concern is the development of a safe storage and transport system for this highly flammable gas. To overcome this problem, solid which adsorbs hydrogen under various conditions have been investigated. In chapter 1, the reaction of TiH2 and PANI was carried out in a liquid method. It can be high solubility of polymer and an inorganic material. The TiH2 material was reacted with PANI in NMP. To reduce the TiH2 particle size, the milling method was used by using a ball-milling equipment and a mortar. PANI is reacted with milled TiH2 particles in liquid solvents. The TiH2 particles were bonded on surface of PANI. In chapter 2, after milling TiH2 using a mortar, PANI and TiH2 has been mixed without solvents. The PANI@TiH2 composite as materials for hydrogen storage were prepared through solid-state methods. It is divided into two classes that one is the dry processing and the other is the wet processing method. To reduce the TiH2 particle size, we used the milling method. The shape and surface morphology of the bonded TiH2 particles on PANI were observed through FE-SEM. The TiH2 nanoparticles were observed by EF-TEM and TEM. The chemical bonding of PANI and TiH2 was confirmed by FT-IR. And, hydrogen storage capacity was measured in the range of 1 ~ 6 atm at room temperature condition.