Si 영향성 분석에 따른 AB2 수소저장합금의 설계

Abstract

수소저장합금은 특정 온도와 압력에서 수소를 흡수하거나 방출하는 금속으 로 다른 수소 저장 기술에 비해 부피 저장 밀도가 높고 저장 중 에너지 손실 이 적어 장기 저장이 가능하므로 미래 수소 저장 방식으로 대두되고 있다. 수소저장합금에서 수소가 흡수될 때는 수소 기체가 합금 표면에서 해리되어 침입형 자리에 수소화물을 형성하며 저장되고, 방출할 때는 수소화물이 수소 기체를 분해하며 수소가 방출된다. 이러한 수소저장합금의 흡방출 거동은 PCT(pressure-composition-temperature) 장비를 이용하여 PCT 곡선으로 측 정하여 분석이 가능하다. PCT 곡선에서 나타나는 평탄한 부분은 수소의 압력 변화가 거의 없이 수소의 함량이 늘어나 수소가 저장되는 부분으로 이때의 수 소 압력을 평탄압 구간이라고 한다. AB2 수소저장합금은 다른 수소저장합금 성분계와 비교하여 초기 활성화 특성이 우수하고 넓은 평탄압 구조를 가지고 있어 평탄압 제어가 가능하다. 하지만 합금에 첨가되는 원소가 많고 높은 가 격대를 형성하는 V 같은 원소도 포함되어 있어 AB2 수소저장합금을 실제 산 업에 접목하고 발전시키기 위해서는 소재의 단가 절감이 필요하다. 본 연구에서는 가격 방면에서 순수한 소재를 사용하는 것은 산업적으로 발전 될 가능성이 크지 않기 때문에 높은 가격대를 형성하고 있는 고순도의 원소재 와 비교하여 보다 가격이 저렴한 저순도의 Ferro 소재를 사용하여 재료의 가 격을 낮출 수 있는 수소저장합금의 제조에 대한 연구를 진행하였다. AB2 수소 저장합금에서 사용되는 원소 중 Ferro 소재로 대체 가능한 Cr, V, Mn을 저순 도 소재로 변경하기 위해 이러한 Ferro 소재의 성분분석 결과 일정량의 Si이 공통적으로 함유되어 있다는 사실을 확인하였고, Si 을 첨가하여 수소저장합 금의 경향성을 통해 Ferro 소재를 사용한 수소저장합금의 특성을 분석할 수 있다고 판단하였다. 이렇게 Si을 일정량 첨가한 비교 조성을 제작하여 Si 함량 에 따른 AB2계 수소저장합금에서의 평탄압 및 수소 저장량 대한 영향을 확인 하였다. 또한 평탄압 계산식을 활용하여 실제 평탄압을 확인하였으며, 기존의 평탄압 계산식 내에서 제외되었던 Si에 대한 평탄압 계산식을 도출함으로써 저순도 Ferro 소재가 수소저장합금에 미치는 영향성 및 가능성을 확인하고자 하였다.