KR100365080B1 - 중합체성수소저장층 - Google Patents

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Abstract

수소 저장 용기(2)는 용기(4) 및 상기 용기(4)중에 배치된 수소 저장층(6)을 포함한다. 상기 수소 저장층(6)은 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공들을 갖는 중합체성 물질(8) 및 상기 중합체성 물질(2)내에 매몰된 하나 이상의 하이드라이드 형성 금속(10)을 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 금속 하이드라이드를 광학적 및 열적으로 분해하여 수소를 방출시키는 수단, 및 수소를 상기 저장 장치(2)의 안에서 밖으로 운반하는 수단을 포함한다. 상기 수소 저장층(6)는 하이드라이드 형성 금속(10)을 미경화 상태로 있는 중합체성 물질(8)내에 분포시킴으로써 제조될 수 있다. 금속 하이드라이드를, 수소가 하이드라이드 형성 금속(10)과 결합하여 상기 중합체성 물질(8)내에 금속 하이드라이드를 형성시키도록 하는 압력에서 수소의 존재하에 형성시킬 수 있다. 상기 수소압을, 금속 하이드라이드가 해리되고, 임의의 용해된 수소가 상기 중합체성 물질(8)을 통해 달아남으로써 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공들을 형성시키도록 감소시킬 수도 있다. 상기 미세 기공들을 중합체성 물질(8)을 냉각시킴으로써 중합체성 물질(8)내에 성형시킬 수도 있다.

Description

중합체성 수소 저장층
산업상, 교통기관 및 생활 방출물이 환경을 계속해서 오염시킴에 따라 에너지원으로서의 수소의 사용이 바람직해지고 있다. 다수의 상이한 시스템에 대한 대체 연료로서의 수소의 사용은, 수소가 환경을 오염시키지 않고 임의의 화학 연료의 단위 중량당 최고의 에너지 밀도를 가지므로 유리하다. 수소가 내연기관의 연료로서 또는 연료 쎌로서 사용되는 경우, 상기 수소는 물로 산화된다. 다른 연료들과 달리, 수소의 연소는 지구 온난화와 관련된 이산화탄소를 생성시키지 않는다. 수소는 동적인 환경(예를 들어, 운송수단) 및 정적인 환경(예를 들어, 공공 설비) 모두에 있어서 연료로서 잠재성을 갖는다. 연료로서 수소를 사용하는 잇점으로 인해, 현재 가능한 것보다 더 큰 순(net) 에너지 저장 밀도가 필요하다. 예를 들어, 자동차 용도에 있어서 수소가 가솔린에 대해 효과적인 대체 연료로 되기 위해 가솔린의 순 에너지 밀도(23%의 에너지 효율로 추정하여, 2960와트-시간/kg)에 필적할만한 순 에너지 밀도가 필요할 수 있다. 현재 시중에는 수소를 상기 수치로 저장하기 위한 대체 방법 또는 장치가 없다.
수소 저장 방법에는 다수의 방법들이 존재한다. 한가지 방법으로, 수소를20MPa 이상의 압력하에서 기체로 압축시키고 저장한다. 상기 방법의 한계는 상기 기체를 고압에서 저장하기 위해 필요한 두꺼운 벽의 용기로 인한 바람직하지 못한 시스템 중량 대 부피 저장 비율이다.
유사하게, 극저온에서의 수소의 액화 및 저장도 제한점을 갖는다. 예를 들면, 상기 수소를 액화시키고 이를 액화된 상태로 유지시키는데 큰 에너지가 필요하기 때문에 상당한 에너지 대가가 존재한다. 또다른 방법인, 큰 표면적을 갖는 활성화된 탄소중에서의 수소의 극저온 저장은 상기 수소를 액화시키기 위한 에너지 비용은 감소시키지만, 저장 매질 1kg당 낮은 저장 용량과 같은 다른 제한점이 존재한다.
금속 하이드라이드 저장은 수소 저장에 대한 또다른 선택사항이다. 이 시스템에서, 마그네슘, 바나듐, 티탄 또는 니오븀과 같은 금속은 수소를 발열 반응으로 흡수함으로써 가역적으로 금속 하이드라이드를 형성한다. 가열시, 상기 하이드라이드는 금속과 수소로 해리되고, 따라서 상기 수소를 연료로 사용할 수 있게 된다. 마그네슘 하이드라이드는 7.6%의 높은 수소 중량%로 인해 바람직한 하이드라이드이다. 그러나, 순수한 마그네슘 하이드라이드는 불량한 하이드라이드화 및 탈하이드라이드화 역학을 갖는다. 예를 들어, 수소를 방출시키기 위해서는 마그네슘 하이드라이드를 300℃로 가열해야 한다. 이 온도는 내연기관으로부터의 폐열을 사용하여서는 쉽게 얻을수 없다. 결과적으로, 연구자들은 Ma2NiHx, La2Mg17Hx및 Mg2CuHx와 같은 또다른 마그네슘 화합물 뿐아니라, FeTiHx, LaNi5Hx및 CaNi5Hx와 같은 비-마그네슘 화합물을 시험하였다. 이러한 다른 방안들은 보다 나은 하이드라이드화 및 탈하이드라이드화 역학을 갖지만, 이들중 어느 것도 마그네슘 하이드라이드를 초과하는 수소 중량%를 함유하지 못한다.
시중의 금속 하이드라이드 또한 충전/방출 주기의 한계를 가지며, 이는 상기 하이드라이드 물질이 수회의 충전/방출 주기후에 수용용기내에서 타고 압축된 결과이다. 압축을 보상하는 시스템의 구상은 단위 중량당 수소의 저장 손실을 생성시킨다. 따라서, 시중의 금속 하이드라이드 시스템은 무거우며, 전형적인 시스템 에너지 저장 밀도는 가솔린의 시스템에 대해 약 1/16배 이하이다. 7.6 중량%의 수소로 추정되는 금속 하이드라이드의 최대 저장치는 약 30%의 자동차 엔진 효율에 대해 약 700 와트-시간/kg이다.
목탄, 제올라이드 또는 유리분말과 같은 물질을 사용하는 수소의 물리적인 저장도 또다른 선택사항이다. 그러나 상기와 같은 시스템에서 생성되는 순 에너지 밀도도 또한 자동차 용도에는 불충분할 수 있다. 예를 들면, 실온에서 목탄에 저장되는 수소의 순 에너지 밀도는 단지 약 10와트-시간/kg으로, 이는 가솔린보다 상당히 적다. 따라서, 선행 기술은 성취할 수 있는 순 에너지 밀도가 충분히 크지 않기 때문에, 수소를 가솔린에 대한 효과적인 대체 연료로 만들기에는 실용적이지 않다.
따라서, 순 에너지 밀도를 현재 가능한 밀도보다 높게 얻을수 있는 수소 저장 장치가 필요하다.
발명의 개시
본 발명은 물리적 및 화학적 수소 저장 기작을 결합시켜 현재 가능한 순 에너지 밀도 보다 높은 순 에너지 밀도를 얻을수 있는 수소 저장 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가솔린에 필적할만한 순 에너지 밀도를 얻을수도 있다.
본 발명의 한 태양은 용기, 및 상기 용기내에 배치된 수소 저장층을 갖는 수소 저장 장치를 포함한다. 상기 수소 저장층은 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공들을 갖는 중합체성 물질, 및 상기 중합체성 물질내에 매몰된 하나 이상의 하이드라이드 형성 금속을 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 금속 하이프라이드를 분해시켜 수소를 방출시키는 수단, 및 수소를 상기 저장 장치의 안에서 밖으로 운반하는 수단을 포함한다.
본 발명의 또다른 태양은 상기 중합체성 물질이 금속 하이드라이드를 형성할 수 있는 금속 유기 화합물을 포함함을 제외한, 상기 논의된 바와 같은 수소 저장 장치를 포함한다.
본 발명의 또다른 태양은 수소 저장충의 제조 방법을 포함한다. 하이드라이드 형성 금속을 미경화 상태의 중합체성 물질에 분포시킨다. 금속 하이드라이드를, 수소의 존재하에, 이러한 수소가 상기 하이드라이드 형성 금속과 결합하여 중합체성 물질내에 금속 하이드라이드를 형성시키도록 하는 압력에서 형성시킬 수 있다. 한편, 금속 하이드라이드를 중합체성 물질내에 직접 분포시킬 수도 있다. 고압에서는 과잉의 수소가 상기 증합체성 물질내에 용해될 것이다. 수소압을 감소시켜 상기 금속 하이드라이드를 해리시키고, 상기 중합체성 물질을 통해 달아나는 수소를 방출시켜 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공들을 형성시킬 수도 있다. 상기 중합체성 물질을 냉각시킴으로써 상기 미세 기공들을 중합체성 물질로 성형시킬 수도 있다.
본 발명의 또다른 태양은 중합체성 물질중에 하이드라이드 형성 금속을 분포시키는 대신에 금속 하이드라이드를 형성시킬 수 있는 금속 유기 화합물을 사용함을 제외한, 상기와 유사한 단계들을 갖는 방법을 포함한다. 또한, 상기 중합체성 물질을 초기에 가열하여 상기 금속 유기 화합물을 분해시킨다.
본 발명의 상기 및 기타의 특징들 및 잇점들은 하기 설명 및 첨부된 도면으로부터 보다 자명해질 것이다.
본 발명은 일반적으로 수소 저장 장치에 관한 것이다.
제 1도는 본 발명의 수소 저장 장치의 개략도이다.
제 2 도는 중합체성 물질중에 분산된 전극들을 추가로 포함하는 본 발명의 또다른 수소 저장 장치의 개략도이다.
제 3 도는 직접적인 섬유 조사에 의해 수소를 광학적으로 방출시키는 수단을 추가로 포함하는 본 발명의 또다른 수소 저장 장치의 개략도이다.
제 4 도는 중합체성 물질이 수소를 방출시키는 광 파이프로서 사용된, 상기 중합체성 물질을 다수의 봉(rod)으로서 나타낸 본 발명의 또다른 수소 저장 장치의 개략도이다.
제 5 도는 중합체성 물질이 수소를 방출시키는 광 파이프로서 사용된, 상기 중합체성 물질을 다수의 동심원상 시이트로 나타낸 본 발명의 또다른 수소 저장 장치의 개략도이다.
제 6 도는 중합체성 물질이 수소를 방출시키는 광 파이프로서 사용된, 상기 중합체성 물질을 나선형으로 말린 단일 시이트로서 나타낸 본 발명의 또다른 수소저장 장치의 개략도이다.
발명을 수행하기 위한 최선의 방식
제 1 도의 수소 저장 장치(2)는 용기(4) 및 중합체성 수소 저장층(6)을 포함한다. 본 발명의 다양한 실시태양에서, 수소 저장층(6)은 높은 순 에너지 밀도를 성취하기 위한 물리적 및 화학적 저장 기작들의 조합에 따라 변화될 수 있다. 상기 기작들중 어느 한 기작 단독으로도 높은 순 에너지 밀도를 성취할 수 있다.
본 발명의 용기(4)는 효과적인 수소 저장에 필요한 온도 및 압력을 견디기에 적합한 임의의 물질로 제조될 수 있다. 바람직하게, 용기(4)는 가능한한 경량일 것이다. 특히, 수소 저장 장치(2)의 자동차 용도에서 그러할 것이다. 따라서, 저 밀도 물질로 제조된 용기(4)가 바람직할 수 있다. 철 및 강철과 같은 물질들도 허용되지만, 알루미늄 및 복합물이 바람직한 물질이다. 용기(4)중에 배치된 수소 저장층(6)은 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공들을 갖는 중합체성 물질(8)을 포함한다. 바람직하게, 상기 미세 기공들은 상당량의 수소를 작은 공간에 저장하기 위해서 다수의 작은 공극들을 갖는 것이 유리하기 때문에 상호연결되어 있으며 직경 0.5nm 미만이다. 중합체성 물질(8)은 10% 이상의 다공성을 가질수 있다. 바람직하게, 상기 다공성은 50% 보다 클 것이다. 상기 미세 기공들은 본 발명의 물리적 인 수소 저장 태양을 제공하며 분자 및 원자 수소 모두를 저장할 수 있다.
하나 이상의 하이드라이드 형성 금속(10)을 중합체성 물질(8)중에 매몰시켜 수소와의 반응에 의해 저장 장치(2)의 수소 보유력을 화학적으로 향상시킬 수 있다. 상기 금속(10)은 철, 티탄, 마그네슘, 바나듐, 니오븀, 니켈, 구리, 아연 또는또다른 하이드라이드 형성 금속을 포함할 수 있다. 이들 물질의 다양한 조합들도 또한 금속(10)으로 사용될 수 있다. 마그네슘 하이드라이드로서 수소를 저장하고 분자 수소를 원자 수소로 해리시킬 수 있는 능력으로 인해 마그네슘이 바람직한 금속이다. 또한, 마그네슘은 수소를 해리시킬 수 있는 다른 금속들, 예를 들어 티탄보다 훨씬 경량이다.
중합체성 물질(8)은 수소 저장 온도 및 압력을 견딜수 있고 미세 기공들을 형성시킬 수 있는 임의의 중합체일수 있다. 상기는 열가소성 물질이거나 열경화성 물질일수 있으며 얇은 시이트, 블록, 다수의 동심원상 시이트 또는 다수의 봉의 형태일수도 있다. 중합체성 물질(8)은 전도성이거나 또는 비전도성 물질일수 있다. 상기 중합체성 물질(8)의 선택은 우세한 수소 흡수 기작을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 중합체성 물질(8)이 비전도성 인 경우, 상기 중합체성 물질(8)내의 금속 원자 부위에서 화학적 흡수가 일어나며 미세 기공중에서 물리적 흡수가 일어날수 있다. 원자 및 분자 수소의 흡수가 모두 발생할 수 있다. 마그네슘 및 티탄과 같은 금속 원자들은 원자 수소가 중합체성 물질(8)내의 인접 미세 기공들에 의해 흡수될 수 있도록 수소를 해리시킬 수 있다. 중합체성 물질(8)이 비전도성인 경우, 폴리에스테르, 플루오로카본 및 폴리오가노실록산과 같은 중합체들을 사용할 수도 있다. 이어서 충전제를 상기 비전도성 중합체 물질(8)과 혼합하여 상기 물질을 전도성으로 만들수도 있다. 상기 충전제는 마그네슘, 바나듐 또는 티탄과 같이 금속 하이드라이드를 형성시킬 수 있는 임의의 금속일수 있다.
한편, 상기 충전제는 500kPa의 수소압하에 180℃의 적정 온도에서 분해될 수있는 금속 유기 화합물을 포함할 수 있다. 그리냐르 시약과 같은 금속 유기 화합물도 허용되지만, 공액된 헤테로사이클 화합물이 평면이기 때문에 바람직하다. 한편, 중합체성 물질(8)은 금속 하이드라이드를 포함할 수 있다.
중합체성 물질(8)이 전기 전도성인 경우, 팔라듐의 결합 공정과 유사한 방식으로 화학적 흡수가 발생할 수 있다. 상기 공정에서, 수소는 원자로 해리된 후 이 원자들은 전도성 전자에 결합된다. 상기 중합체성 물질(8)과 수소간의 물리적인 흡수는 수소 보유력을 제공할 것이다. 폴리방향족 화합물, 선형 폴리엔 및 전하-전달 염과 같은 중합체를 사용할 수 있다. 폴리방향족 전도성 중합체의 예로는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리페닐렌이 있다. 이들 중합체의 비전도율은 10-11(Ω-cm)-1이나, 도핑은 이들의 전도율을 증가시킬 수 있다. 선형 폴리엔 중합체의 예로는 폴리아세틸렌 및 폴리티아질이 있다. 비교적 순수한 폴리아세틸렌의 비전도율 10-4(Ω-cm)-1인 반면, 금속 도핑된 폴리아세틸렌의 비전도율은 103(Ω-cm)-1이다. 폴리티아질은 도핑된 폴리아세틸렌에 필적할만한 비전도율을 갖는다. 전하-전달염의 예로는 테트라티아풀발렌-테트라시아노-p-퀴노디메탄(TTF-TCNQ)의 각종 유도체들이 있다. TTF 는 전자 공여체이고 TCNQ 는 전자 수용체이다. 다른 공여체들, 예를 들어 비스(에틸렌디티오)테트라티아풀발렌(BEDT-TTF(ET)), 및 수용체들, 예를 들어 테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄(TNAP)도 또한 사용할 수 있다. 상기 전하-전달 염의 비전도율은 실온에서 102(Ω-cm)-1일수 있다. 상기 폴리방향족 및 전하-전달 염들이, 각 층 사이에 공극 영역을 갖는 층상화된 구조를 형성시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 수소 분자 또는 수소 원자를 상기 영역에 저장할 수 있다.
바람직하게, 중합체성 물질(8)은 전기 전도성으로 수소 방출을 향상시키고 상기 수소와 전도성 전자의 상호작용을 통해 수소 저장을 증진시킬 것이다.
수소 저장 장치(2)는 또한 금속 하이드라이드를 분해시켜 수소를 방출시키는 수단을 포함한다. 이는 저장층(6)를 엔진으로 부터의 고온 배기물로 가열하거나, 중합체 물질(8)중의 튜브를 통해 열 전달 유체를 순환시킴으로써 수행될 수 있다. 당해분야에 공지된 임의의 다른 수단들도 또한 사용될 수 있다. 중합체성 물질(8)이 전기 전도성인 경우, 전류를 제 2 도에 도시된 바와 같이 다수의 전극들(12)에 적용시켜 저항 가열에 의해 중합체성 물질(8)을 가열시킬 수 있다. 이 저항 가열을 사용하여 수소를 초기에 제공하여 내연기관을 가동시키거나, 또는 또다른 방법에 의해 동시에 가열될 수 있는 수소 층(6)의 보다 균일한 가열을 제공할 수 있다.
한편, 중합체성 물질(8)에 금속 하이드라이드 결합을 해리시킬 수 있는 광자를 통과시킴으로써 수소를 광학적으로 방출시킬 수도 있다. 빛을 임의의 공지된 수단에 의해, 예를 들어 제 3 도에 도시된 바와 같이, 광원(18)에 의한 직접 조사에 의해 중합체성 물질(8)내로 전달할 수도 있다. 레이저 다이오드 또는 백열등과 같은 광원을 사용할 수 있다. 또한, 중합체성 물질(8)의 조사가 직접적인 외부 광에 의해 향상되도록 하는 상기 용기(4)중의 위치에 창을 낼수 있다. 한편으로, 광원(18)을 용기(4)의 안쪽에 배치시킬 수도 있다. 제 4도 내지 제 6도에 도시된 바와 같이, 광섬유(20)를 또한 사용하여 광을 중합체성 물질(8)내로 전달할 수도있다. 이들 실시태양에서, 중합체성 물질(8)은 광 파이프로서 작용하여 광을 수소가 방출될 수 있는 반응 부위로 전달한다. 제 4 도는 봉 형태의 중합체성 물질(8)을 나타낸다. 유사하게, 제 5 도 및 제 6 도는 중합체성 물질(8)을 다수의 동심원상 시이트 및 단일의 나선형 시이트로서 각각 도시한다. 중합체성 물질(8)의 조사에 사용되는 빛의 파장은 상기 파장이 수소와 하이드라이드 형성 금속간의 결합을 파괴하는 것으로 선택해야 한다. 예를 들어, 마그네슘 하이드라이드로부터 수소를 방출시키기 위해서는 대략 500nm의 파장이 필요할 수 있다. 상기 수소의 광학적 방출을 전술한 저장층(6)의 통상적인 가열 방법과 조합하여 수소를 방출시킬 수도 있다. 또한, 본 발명의 장치는 수소를 저장 장치(2)의 안에서 밖으로 운반하는 수단을 포함한다. 이는 천공된 파이프(14) 또는 유사한 장치를 수소 저장층(6)에 매몰시킴으로써 수행될 수 있다. 파이프(14)에는 수소의 흐름을 조절하기 위한 밸브(16) 또는 일부 다른 장치가 장착될 수 있다. 수소를 장치(2)의 안에서 밖으로 운반하기 위한 다른 통상적인 수단들도 또한 허용가능하다.
수소 저장 물질을 봉, 블록, 시이트 또는 펠렛으로서 제조할 수 있으며, 이를 후속적으로 저장 장치 (2)내에 적재시켜 수소 저장층(6)를 제조한다. 중합체성 물질(8)이 비전도성인 경우, 하이드라이드 형성 금속(10)을 미경화 상태의 중합체성 물질(8)내에 분포시킴으로써 수소 저장층을 제조할 수 있다. 금속(10)을 임의의 적합한 방법에 의해 중합체성 물질(8)중에 분포시킬 수 있다. 예를 들어, 직경 1nm 미만의 마그네슘 분말과 같은 금속(10)을 중합체성 물질(8)상에 놓고, 이어서 고온의 롤러를 통과시킨다. 마그네슘이 덮인 중합체성 물질(8)이 고온의 롤러 사이를통과함에 따라, 상기 마그네슘은 중합체성 물질(8)내로 압착될 것이다. 금속(10)의 중합체성 물질(8)내로의 보다 나은 분포는 금속 증기가 중합체성 물질(8)내로 들어가도록 금속(10)을 가열함으로써 성취될 수 있다. 한편, 금속 하이드라이드를 중합체성 물질(8)중에 매몰시킬 수 있다.
또다른 대안으로서, 하이드라이드 형성 금속의 하이드라이드 증기 또는 하이드라이드 분말, 금속 유기 증기, 또는 하이드라이드 형성 금속의 금속 유기 분말, 예를 들어 마그네슘, 마그네슘 증기 또는 금속 유기 증기 또는 금속 유기 분말을 단량체에 가한 후에 중합시킬 수 있다. 이어서 상기 단량체를 가열하여 중합시키고 하이드라이드 형성 금속(10) 또는 금속 유기 화합물을 중합체성 물질(8)내에 혼입시킬 수 있다.
마그네슘이 존재한다면, 중합체성 물질(8)을 초기에 가열하여 활성 에너지를 제공하고 하이드라이드 반응을 개시시킬 수 있다. 상기 중합체성 물질(8)을, 수소가 하이드라이드 형성 금속(10)과 결합하여 중합체성 물질(8)내에 금속 하이드라이드를 형성시키도록 하는 압력에서 수소의 존재하에 120 내지 250℃에서 가열할 수도 있다. 3450kPa 보다 큰 압력이 적합할 수도 있다. 실온에서 다른 금속 하이드라이드들을 상기 반응의 발열 특성에 기인하여 열을 가하지 않고서도 형성시킬 수 있다.
수소압을, 금속 하이드라이드가 해리되고 중합체 물질(8)내로 달아나는 수소를 방출시키도록 감소시킨다. 수소는 상기 중합체성 물질(8)을 통해 확산되고 중합체성 물질(8)중에 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공들을 형성시킨다. 상기 미세기공들을, 중합체성 물질(8)을 실온 및 대기압 이하 또는 다른 적합한 온도 및 압력으로 냉각시킴으로써 중합체 물질(8)내에 성형시킬 수도 있다.
한편으로,금속 하이드라이드를 형성시킬 수 있는 금속 유기 화합물을 포함하는 중합체성 물질(8)을 사용하는 경우, 금속 유기 화합물이 분해되어 하이드라이드 형성 금속(10)을 형성하도록 상기 중합체성 물질(8)을 초기에 가열해야 한다.
중합체성 물질(8)이 전도성인 경우, 수소 저장층(6)를 전술한 바와 유사한 방법으로 제조할 수 있다. 그러나, 전도성 중합체 물질(8)은 비전도성 중합체들보다 층들사이의 공극 영역에 수소를 저장하는 용량이 더 크기 때문에 중합체성 물질(8)에 보다 적은 금속(10)을 가할 수 있다. 금속 원자들을 중합체성 물질(8)과 혼합하여 화학 반응을 위한 부위, 및 수소 분자가 원자로 해리될 수 있는 부위를 제공할 수 있다. 상기 원자들은 중합체성 물질(8)내에서 상기 금속 부위들로부터 공극 영역내로 확산될 수 있다.
수소가 중합체성 물질(8)중의 미세 기공들을 통해 흐르도록 수소를 수소 저장층(6)내로 유동시킴으로써 본 발명의 장치(2)에 수소를 저장할 수 있다. 상기 수소를 금속 부위에서 반응시켜 원자를 형성시키고, 상기 원자들은 금속(10)으로부터 이동하여 물리적인 흡수 공정에 의해 중합체성 물질(8)에 결합될 수 있다. 수소를 상기 미세 기공들의 벽상에 금속 하이드라이드의 형태로 화학적으로 그리고 물리적으로 저장할 수 있다.
수소는 상기 수소 저장층(6)를 금속 하이드라이드가 수소와 하이드라이드 형성 금속(10)으로 분해되기에 충분한 온도로 가열함으로써 방출된다. 한편으로, 금속 하이드라이드를 수소와 하이드라이드 형성 금속(10)간의 결합을 파괴하도록 선택된 파장의 광자로 조사함으로써 수소를 광학적으로 방출시킬 수 있다.
본 발명은 선행 기술의 문제들중 일부를 극복한다. 예를 들어, 중합체성 물질(8)중에 매몰된 하이드라이드 형성 금속(10)은 선행 기술의 금속 하이드라이드의 분말화 문제점을 해소시킨다. 수소는 하이드라이드 형성 금속(10)과 결합하여 중합체성 물질(8)내에 금속 하이드라이드를 형성시킨다. 또한, 상기 중합체성 물질(8)을 금속 하이드라이드를 형성시킬 수 있는 금속 유기 화합물에 혼입시키는 경우, 선행 기술의 분말화 문제점이 본질적으로 제거된다.
수소의 광학적 방출의 한가지 잇점은 수소의 즉각적인 방출이다. 전체 수소 저장층(6)를 가열할 필요가 없기 때문에, 자동차를 출발시키기에 충분한 수소를 얻기 위해서 적은 에너지가 필요하다. 상기 감소된 에너지 필요량은 자동차에 보다 작은 배터리의 사용을 허용한다. 일단 자동차가 출발하면, 고온의 배기 가스가 추가적인 수소를 방출시키는데 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 이러한 신속한 반응 작동 특성은 차가운 기후에서 자동차를 출발시키는데 특히 바람직할 수 있다.
대략 1nm 직경의 미세 기공들에 수소를 물리적으로 저장하는 잇점은 단위 표면적당 수소의 저장량을 증가시킴을 포함한다.

Claims (8)

  1. (a) 용기(4),
    (b) 상기 용기(4) 내부에 배치되는 것으로, 폴리에스테르, 플루오로카본, 폴리오가노실록산, 폴리방향족, 선형 폴리엔 및 전하 전달염으로 이루어진 군으로부터 선택된 직경 1nm 미만의 다수의 미세 기공을 갖는 중합체성 물질(8)을 포함하는 수소 저장층(6),
    (c) 상기 중합체성 물질(8) 내부에 매몰되는 것으로, 철, 티탄, 마그네슘, 바나듐, 니오븀, 니켈, 구리, 아연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 하이드라이드 형성 금속(10),
    (d) 상기 하이드라이드 형성 금속으로부터 형성된 금속 하이드라이드를 분해하여 수소를 방출시키기 위한 수단으로서, 가열 수단 및 광학 수단으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 하이드라이드 분해 수단, 및
    (e) 상기 용기(4)의 안에서 밖으로 수소를 운반하기 위한 수단을 포함하는 수소 저장장치(2).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 하이드라이드 분해 수단(d)이 금속 하이드라이드를 분해하여 수소를 방출시키기 위한 중합체성 물질(8)의 가열수단을 포함하는 수소 저장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 하이드라이드 분해 수단(d)이 광자를 중합체성 물질(8)에 통과시킴으로써 수소를 광학적으로 방출시키는 수단을 포함하는 수소 저장 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 물질(8)이 전기 전도성인 수소 저장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중합체성 물질(8)이 폴리방향족 화합물, 선형 폴리엔 및 전하-전달 염으로 이루어진 군중에서 선택된 수소 저장 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 중합체성 물질(8)중에 배치된 전극들(12)을 추가로 포함하는 수소 저장 장치.
  7. (a) 폴리에스테스, 플루오로카본, 폴리오가노실록산, 폴리방향족, 선형 폴리엔 및 전하-전달 염으로 이루어진 군으로 부터 선택된 미경화 상태의 중합체성 물질(8) 내부에 철, 티탄, 마그네슘, 바나듐, 니오븀, 니켈, 구리, 아연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하이드라이드 형성 금속(10)을 분포시키는 단계,
    (b) 수소의 존재하에, 이러한 수소가 하이드라이드 형성 금속(10)과 결합하여 중합체성 물질(8) 내부에 금속 하이드라이드를 형성하는 압력에서 금속 하이드라이드를 형성시키는 단계,
    (c) 금속 하이드라이드를 해리시키고, 중합체성 물질(8)을 통해 누출되어 확산되는 수소를 방출시키도록 수소압을 감압시킴으로써,
    상기 중합체성 물질(8) 내부에 직경 1nm 미만의 다수의 미세기공을 형성시키는 단계, 및
    (d) 상기 중합체성 물질(8)을 냉각시켜 미세기공을 중합체성 물질(8)로 성형시키는 단계를 포함하는 수소 저장층(6)의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중합체성 물질(8)이, 분해되어 하이드라이드 형성 금속(10)을 형성하는 금속 유기 화합물을 포함하는 수소 저장층의 제조방법.
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