KR100567426B1 - 마그네슘 수소화물의 기계적인 분쇄를 통해 제조되고 활성화된 경계면을 갖는 나노합성물과, 이를 제조하는 방법 - Google Patents

마그네슘 수소화물의 기계적인 분쇄를 통해 제조되고 활성화된 경계면을 갖는 나노합성물과, 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 마그네슘에 기초한 나노합성물(nanocomposite)을 제조하기 위한 방법과, 수소를 흡착하는 것으로 공지되고 분쇄될 때 마그네슘, 또는 바나듐, 티타늄 또는 니오븀과 같은 마그네슘의 수소화물과 섞이지 않는 것으로 알려진 다른 원소 또는 화합물에 기초한 나노합성물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 상응하는 수소화물을 분말 형태로 얻기 위해, 마그네슘을 수소화 시키거나, 또는 수소를 흡착하는 것으로 공지된 마그네슘에 기초한 화합물을 수소화 시키는 것으로 구성된 것을 특징으로 한다. 상기 최종적인 분말 수소화물은 그 다음으로 다른 원소 또는 화합물과 혼합되거나 또는 상기 다른 원소 또는 화합물의 수소화물과 혼합되고, 상기 최종 혼합물은 상응하는 나노합성물이 수소화물의 형태로 얻어질 때까지 격렬한 기계적인 분쇄를 거치게 된다. 결국, 필요하다면, 상기 최종 나노합성물은 수소 탈착을 거치게 된다. 본 발명은 또한 Mg에 기초한 최종 나노합성물에 관한 것으로, 상기 최종 나노합성물은 값이 저렴한 장점을 갖고, 매우 미세하고 Mg와 다른 원소 또는 화합물 사이에 훌륭한 상승 효과를 제공하는 나노합성물의 미세구조로 인해(즉 나노합성물 경계면의 특성과 나노합성물 성분의 공간적 분포로 인해) 수소를 저장하는데 매우 효율적이라는 장점을 갖는다.

Description

마그네슘 수소화물의 기계적인 분쇄를 통해 제조되고 활성화된 경계면을 갖는 나노합성물과, 이를 제조하는 방법{NANOCOMPOSITES WITH ACTIVATED INTERFACES PREPARED BY MECHANICAL GRINDING OF MAGNESIUM HYDRIDES AND PROCESS FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은, 마그네슘 또는 마그네슘 함유 화합물과, 수소를 흡착할 수 있고 마그네슘 또는 그 수소화물(hydride)과 거의 섞이지 않는 것으로 알려져 있는 다른 화학 원소 또는 화합물, 예를 들어 바나듐(V), 티타늄(Ti) 및 니오븀(Nb)에 기초한 활성화된 경계면을 갖는 새로운 나노합성물(nanocomposite)에 관한 것이다.
본 발명은 또한 다른 원소 또는 화합물과 마그네슘 수소화물과의 격렬한 기계적 분쇄에 의한 상기의 새로운 나노합성물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 더 나아가 수소를 저장 및/또는 운반하기 위한 상기의 새로운 나노합성물의 용도에 관한 것이다.
1996년 8월 8일 공개된 국제특허 출원번호 WO 96/23906호는 매우 우수한 반응과정(kinetics)으로 수소를 흡착할 수 있는 신규의 화합물을 개시한다. 이러한 신규의 화합물은 다음 분자식의 나노결정성 입자의 분말 형태이다:
Mg1-xAx
여기서 A는 바나듐(V)과 니오븀(Nb)을 포함하는 다른 금속을 나타내고 x는 0 내지 0.3 범위의 원자 분율(atomic fraction)이다. "나노결정성 입자들(nanocrystalline particles)"에 의해서, 0.1 내지 100nm 범위인 평균 입자 크기의 그레인(grain)을 가진 입자를 의미한다.
국제특허 출원번호 WO 96/23906호에서, 상기 화합물들은 Mg 분말과 A 금속 분말의 혼합물을 몇 시간 동안 격렬하게 기계적으로 분쇄하여 제조될 수 있다는 것이 또한 개시된다. 게다가 Mg0.96V0.04(실시예 2 참조) 분자식의 화합물에서 수행되는 흡착 테스트가 매우 긍정적으로 밝혀졌다는 것이 개시된다.
첨부된 도면 중 도 1 내지 5는 상기 국제특허 출원번호 WO 96/23906호에서 개시된 화합물의 흡착과 탈착 특성을 예시한다. 도 1과 2에서, 화합물은 평균 크기가 30nm인 입자로 제조된 순수 Mg의 나노결정성 분말이다. 그림에 나타낸 바와 같이, 매우 우수한 결과는 특히 반응과정을 고려한 제 3 흡착/탈착 주기 후에 얻어졌다. 도 1 및 2보다 훨씬 짧은 시간 스케일(time scale)을 갖는 도 4와 5는, 5 원자%의 바나듐(Mg0.95V0.05)을 함유하는 Mg의 나노결정성 분말로 결과가 더욱 우수하다는 것을 나타낸다. 도 3에 도시된 회절 곡선은, Mg(▼)와 V(°)을 나타내는 피크를 분명하게 구별할 수 있으므로, 분자식 Mg0.95V0.05의 나노결정성 화합물이 합금이 아닌 합성물(composite)이라는 것을 나타낸다. 그러나, Ni 또는 Al과 같은 다른 금속과 Mg을 사용하여 실제 합금이 얻어질 수 있다.
1997년 7월 24일 공개된 국제특허 출원번호 WO 97/26214호는 Mg 또는 Mg2Ni과 같이 고온에서 수소를 흡착할 수 있는 금속 또는 합금의 나노결정성 분말 및 V, Nb, Na, Cs, Mn, Pd, LaNi5 또는 FeTi과 같이 저온에서 수소를 흡착할 수 있는 다른 금속 또는 합금의 나노결정성 분말의 혼합물 형태로 있는 합성물을 개시한다. 상기 출원의 실시예 7은 나노결정성 분말의 FeTi와 나노결정성 분말 Mg의 기계적인 분쇄에 의한 이러한 합성물의 제조를 개시한다. 이것은 또한 이렇게 제조된 합성물의 높은 흡착 효율을 나타낸다.
결국, 1997년 5월 13일 출원된 국제특허 출원번호 PCT/CA97/00324는, 바라는 탈착을 얻기 위해 그중에서 특히, 상기 수소화물(hydride)을 충분한 에너지를 발생시킬 수 있는 기계적 처리를 거치게 하는 것으로 구성된, 금속 수소화물에 포함된 수소의 탈착을 유도하는 방법을 개시한다. 제안된 기계적 처리는, 다음의 열-활성화 수소 탈착을 상당히 촉진시키는 구조에서 다수의 결점을 충분히 생성하는 격렬한 기계적 처리[볼 밀링(ball milling)]이다(5페이지 12에서 15줄 참조).
상기 최종 전제를 토대로, 출원인은 연구를 계속 진행하고 국제특허 출원번호 WO 96/23906호에서 개시된 화합물의 제조를 위한 출발물질로 순수 마그네슘 대신 마그네슘 수소화물(magnesium hydride)을 사용하는 중요성을 연구했다. 실제로, 금속 수소화물의 격렬한 기계적 분쇄가 구조에서 다수의 스트레인(strain)을 도입해서 수소의 열 탈착을 촉진시킨다면, 탈착 후 얻어진 생성물은 다수의 스트레인 때문에, 향상된 흡착과 탈착 성질을 계속 갖게될 것이라고 이론적으로 추론할 수 있다.
도 6과 9는 상기 주제에서 수행된 연구 작업의 결과를 예시한다.
상이한 도 6과 도 7의 시간 스케일을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 통상의 MgH2 분말의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 나노결정성 Mg 분말의 흡착 반응과정은, 어떠한 온도이더라도 분쇄 없이 동일한 수소화물로부터 제조된 Mg 분말의 반응과정과 비교해서 실질적으로 향상된다. 이것은 격렬한 기계적 분쇄가 Mg 분말의 수소 흡착 반응과정에서 갖는 중요성을 확립한다.
이것은 또한 도 7을 도 1과 2와 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 통상의 MgH2 분말의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 얻어지는 나노결정성 Mg 분말의 반응과정과 흡착능은, 통상의 Mg 분말의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조되는 나노결정성 Mg 분말보다 더 우수하다. 이것은, 분쇄 단계 중에 출발물질로서 순수 마그네슘 대신 마그네슘 수소화물을 사용하는 것이 국제특허 출원번호 WO 96/23906호에 이미 보고된 결과로부터 추론할 수 있는 것과 같이, 수소 흡착 특성을 향상시키도록 허용한다는 것을 확증한다.
도 8과 9는 5 원자%의 Ni 분말과 5 원자%의 Al 분말이 각각 혼합된 통상의 MgH2 분말의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조되는 나노결정성의 분말에 얻어진 결과를 나타낸다. 이것은 도시된 바와 같이, Ni을 갖는 MgH2 분말의 분쇄는 MgH2 만의 분쇄에 비해 고온에서의 흡착 반응과정을 향상시키지만, 저온[150(302 ℉)]에서의 반응과정은 실질적으로 동일하다. 반대로, Al을 갖는 MgH2을 분쇄하는 경우에, 반응과정은 모든 온도에서 더 낮다.
1996년 저널 오브 앨로이스 앤드 컴파운즈 제 232권 16줄 19줄에 발표된 후지 등의 논문은, 수소 환경하에서 Mg2Ni의 격렬한 기계적인 분쇄에 의해 몇 nm의 그레인 크기를 갖는 Mg2NiH1.8 분말의 제조 방법을 밝힌다. 제조된 Mg2NiH1.8 분말은 얻어진 그레인(grain)이 결정성 매트릭스와, 그레인 연결을 구성하는 무질서한 상계면(interphase)으로 제조되기 때문에 "합성물(composite)"로 나타난다. 그러므로, 이것은 본 발명의 범위 내에서 의미되는 것과 같은 합성물이 아니고, 두 가지 형태의 상이한 화학 조성의 그레인으로 구성된 분말이다. 이러한 각각의 두 상은, 매트릭스에서 순수한 동일 생성물 Mg2Ni로 구성되고 상계면에서 수소화된다; 이것은, 마그네슘 또는 마그네슘에 기초한 화합물의 수소화 능력이 상응하는 수소화물(Mg2Ni의 경우에 Mg2NiH4) 중 하나와 동일한 것이 분명한 본 발명에 따른 나노합성물보다 더 낮은 1.8의 측정된 수소화 능력을 설명한다. 이러한 관계로, 상기 논문은 3절에서 80시간의 분쇄 후에는 미량의 Mg2NiH4이 없다고 상술한다. 게다가, 보고된 결과는 본 발명의 범위 내에서 얻어진 것과는 매우 상이하다.
상기 보고된 연구 작업에 따르면, (1) 수소를 흡착하지만 기계적인 분쇄 중에는 마그네슘과 합금을 형성하지 않는 것으로 알려진 다른 원소 또는 다른 화합물과 공동으로, 마그네슘 수소화물 또는 마스네슘에 기초한 합금 수소화물의 용도가 출발물질로 사용되고, (2) 이러한 출발물질 분말의 혼합물이 격렬한 기계적 분쇄를 거치게 된다면, 이미 수행되고 종래에 보고된 연구 작업의 결과로부터 예측될 수 있는 것 이상의 성능을 갖는 나노결정성 구조의 합성물(이후 "나노합성물"로 지칭)을 얻을 수 있다는 것이 놀랍게도 발혀졌다.
이러한 발견을 토대로, 본 발명의 제 1 목적은, 마그네슘과, 수소를 흡착하고 분쇄 중 마그네슘과 그 수소화물에 거의 섞이지 않는 것으로 알려진 다른 원소 또는 다른 화합물에 기초한 나노합성물을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은
a) 상응하는 수소화물을 분말의 형태로 얻기 위해서, 수소를 흡착하는 것으로 공지된 마그네슘 또는 마그네슘에 기초한 화합물을 수소화하는 단계;
b) 상기 얻어진 수소화물 분말을 다른 원소 또는 화합물과 혼합하거나 또는 상기 다른 원소 또는 화합물의 수소화물과 혼합하는 단계;
c) 상응하는 나노합성물을 수소화물의 형태로 얻기 위해, 상기 얻어진 혼합 물을 격렬하게 기계적으로 분쇄하는 단계; 및 필요하다면,
d) c) 단계에서 얻어진 상기 나노합성물을 수소 탈착하는 단게를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 단계 (a), (b) 및 (c)는 동시에 화합물들의 수소화를 얻기 위해, 수소 압력하에 분말 혼합물을 기계적으로 분쇄함으로써 결합될 수 있다는 것을 주의해야 한다.
본 발명의 제 2 목적은 상기 제조된 Mg에 기초한 나노합성물을 제공하는 것으로, 상기 제조된 Mg에 기초한 나노합성물은 저비용인 장점을 갖고, 극히 미세하고 Mg와 다른 원소 또는 화합물 사이에 놀라운 상승효과(synergistic)를 일으키는 나노합성물의 미세구조 (즉, 경계면의 특성과 나노합성물 구성요소의 공간 분포)에 의해 수소를 저장하기 위한 성능이 동일하지 않다는 장점이 있다.
최종적으로, 본 발명의 제 3 목적은 금속 수소화물 전지에서 특히 운반체의 보드(board of vehicle)상에서 수소를 저장 및 이동시키거나, 또는 발전기 또는 연료-전지를 공급하기 위해, 상기 제조된 Mg에 기초한 나노합성물의 용도에 있다.
앞에서 요약된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 기본적으로 마그네슘 또는 마그네슘에 기초한 화합물의 수소화물을, 수소 흡착 능력을 갖고 분쇄 중에 Mg과 거의 섞이지 않는 다른 원소 또는 화합물과 격렬하게 기계적으로 분쇄하는 것으로 구성된다.
출발물질로, 통상의 순수 마그네슘 수소화물(MgH2) 분말, 또는 다음 분자식 의 마그네슘에 기초한 화합물의 수소화물 분말이 사용될 수 있다:
Mg1-xAx
여기서 A는 Li, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Y, Zr, Nb, Mo, In, Sn, O, Si, B, C, F 및 Be로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소; 및
x는 0.3이하의 수이다.
또한 다음 분자식의 마그네슘에 기초한 화합물의 수소화물이 출발물질로 사용될 수 있다:
(Mg2-zNi1+z)1-xAx
여기서 A와 x는 상기와 같이 한정되고 z는 -0.3 내지 +0.3 사이에 포함된 수이다.
사용되는 다른 출발물질은 본 발명에 따라 하나 또는 여러가지 다른 화합물이어야 하는데, 상기 하나 또는 여러 다른 화합물은 한편으로 수소를 흡착할 수 있고, 다른 한편으로는 기본적으로 분쇄 중에 Mg 또는 Mg의 수소화물과 거의 섞이지 않는다. 상기 다른 출발물질은 V, Ti, Fe, Co, Nb, Na, Cs, Mn, Ni, Ca, Co, Y, La, Pd, Hf, K, Rb, Rh, Ru, Zr, Be, Cr, Ge, Si, Li 또는 이들의 수소화물 중 하나의 분말로 구성될 수 있다. 이러한 원소 중에서, V, Ti 및 Nb는 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다. 고가의 고순도 바나듐(V)을 사용하는 대신에, 일본 산업 규격(JIS) 제 1번 화합물과 같은 페로바나듐(ferrovanadium) 화합물을 사용하는 것 이 유리할 수 있는데, 페로바나듐 화합물의 조성은 다음과 같은 중량비로 표현된다:
1) V80.2; Fe15.8; Al3.19; Si0.64; S0.10; P0.02
2) V81.3; Fe14.1; Al3.27; Si0.51; O0.51; N0.07
또한 다른 출발물질은 LaNi5, MnNi5, ZrMn2, TiMn2, Mg2Ni과 이들의 수소화물, y가 0 내지 1인 분자식 V1-yTiy의 고체용액(solid solution) (V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05, 및 Mg와 Ni의 비결정성 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물의 분말로 구성될 수 있다.
상기 다른 물질의 분말은 마그네슘 수소화물 분말 또는 마그네슘에 기초한 화합물의 수소화물과 적절량으로 혼합되고, 다음으로 이것과 동시에 분쇄되어 사용될 수 있다. 그러나, 다른 출발물질 분말은 이것을 마그네슘 수소화물 또는 마그네슘에 기초한 화합물의 수소화물과 혼합 및 분쇄하기 전에 수소화물로 변환시키기 위해서, 예비 수소화를 거칠 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 방법의 (b) 단계에서, 혼합물에 있는 원소 또는 다른 화합물의 원자비 또는 몰비가 10% 이하의 양으로 있는 다른 원소 또는 화합물이 사용될 수 있다. 다시 한번 보다 바람직하게, 원자비는 3 또는 5% 이다.
격렬한 기계적인 분쇄는 어떠한 공지된 방식으로도 수행될 수 있다. 이러한 관계로, 상기 언급된 국제특허 출원에 대한 참조가 행해질 수 있다. 바람직하게, 분말은 프리츠(FRITCH)와 조즈(ZOZ)라는 상표명으로 판매되는 형태의 로드(rod) 또 는 볼 밀링(ball milling) 기계에서 5 내지 20시간 또는 그 이상의 시간 동안 격렬한 기계적인 분쇄를 거칠 수 있다. 또한 바람직하게, 분쇄는 불활성 기체하에서 수행될 것이다. 상기 분쇄는 한 단계 또는 두 단계로 수행될 것이다(각 분말의 초기 분쇄와 이어지는 이들 모두의 분쇄). 모든 경우에, 얻어진 합성물이 나노결정성인 것이 기본이다.
앞에서 나타낸 바와 같이, 화합물을 동시에 수소화시키기 위해, 수소 기체하에서 분말의 혼합물을 분쇄함으로써 (a), (b)와 (c)의 단계를 결합하는 것이 또한 가능하다.
제조된 최종 생성물은 그레인이 매우 작은 크기이고 밀집되게 연결된 나노합성물이다. 상기 나노합성물은 수소의 탈착을 촉진시키는 다수의 구조적 결함을 포함한다. Mg 또는 Mg의 수소화물과 V, Ti, Fe 또는 Nb와 같은 다른 원소 또는 화합물은, 분쇄 중에 서로 전혀 섞이지 않거나 거의 섞이지 않으므로, 합금이 형성되지 않거나 거의 형성되지 않는다.
본 발명에 따른 나노합성물은 상기 언급된 국제특허 출원에서 개시된 것을 포함해서, 출원인에게 알려진 모든 수소 저장물질보다 뛰어나다. Mg의 흡착 반응과정 문제는, 본 발명에 따른 나노합성물이 거의 실온에서 수 분 동안 수소 3 중량%보다 더 흡착하므로, 거의 해결된다. 탈착 중에, 반응과정은 200, 225 및 250℃정도로 저온에서도 극히 높다(도 15 참조). 최종적으로, 이러한 나노합성물의 비용은, 우수한 성능을 얻기위해 필요한 소량의 V 때문에, MgH2와 5% V로부터 얻어지는 나노합성물의 경우에 특히 매우 낮다.
상기 분야에서 최신 기술에 대한 설명의 판독과 이해를 용이하게 하고, 따라서, 공지된 선행 기술에 대해 본 발명을 구별짓는 독창적인 특징의 이해를 용이하게 하기 위해서, 이하에서는 첨부된 도면을 통해 설명한다.
도 1은 순수 Mg 분말[325 메쉬(mesh)]을 20시간 동안 격렬하게 기계적으로 분쇄하여 제조된 나노결정성 Mg 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 350℃에서 수행된 제 1 흡착(absorption) 및 탈착(desorption) 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선.
도 2는 도 1과 유사하지만 다른 시간 스케일에서의 곡선으로, 이 곡선은 상기 동일한 조건하에서 상기 동일한 나노결정성 Mg 분말에서 수행되는 제 3 흡착 및 탈착 중에 얻어진다.
도 3은 5 원자%의 V을 포함하는 마그네슘-함유 나노합성물에서 Mg(▼)의 존재와 관련된 피크 및 V(°)의 존재와 관련된 피크를 도시하는 X-선 회절 곡선으로, 이 나노합성물은 순수 Mg 분말(325 메쉬)과 V 분말을 20시간 동안 격렬하게 기계적으로 분쇄하여 제조된다.
도 4와 5는 X-선 회절 곡선이 도 3에 도시된 나노합성물에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 350℃에서 수행된 제 1 및 제 2 흡착과 탈착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선.
도 6은 통상의 다중결정성 MgH2 분말의 탈착에 의해 얻어진 마그네슘 분말에 여러 온도와 압력에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선.
도 7은 도 6과 유사하지만 다른 시간 스케일에서의 곡선으로, 상기 곡선은 통상의 다중 결정성 MgH2 분말의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 나노결정성 Mg 분말에 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타낸다.
도 8은 도 7과 유사한 곡선으로, 상기 언급된 것과 같은 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 Ni 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 Mg과 Ni의 나노결정성 분말에 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타낸다.
도 9는 도 7과 유사한 곡선으로, 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 Al 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 Mg과 Al 합성물의 나노결정성 분말에 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타낸다.
도 10과 11은 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 V 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노결정성 분말을 가지고 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1과 제 2 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타낸다.
도 12는 도 7과 유사한 곡선으로, 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 10 원자%의 Al 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 Mg과 V 나노합성물의 분말에 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타낸다.
도 13은 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 V 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 나노결정성 분말에서 MgH2, VH 및 새로운 상(γMgH)의 동시 존재를 나타내는 피크를 보여주는 X-선 회절 곡선이다.
도 14는 도 13과 유사한 회절 곡선으로, 탈착 후 도 13에서 보고된 흡착 테스트 중에 사용된 나노결정성 분말에서 Mg과 V의 존재를 나타내는 피크를 나타낸다.
도 15는 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 V 분말을 함유하는 혼합 물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 동일한 0 Pa의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 탈착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타낸다.
도 16은 상기 측정에 사용된 나노합성물이 3 원자%의 V만을 함유하는 것을 제외하고, 도 10에 도시된 것과 유사한 곡선이다.
도 17과 18은 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 Nb 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 각각 300℃와 100℃에서 수행된 제 1 흡착 및 탈착 주기 동안의 수소 흡착율과 탈착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 19는 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 Nb 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄 후 얻어진 나노결정성 분말에서 MgH2, NbH 및 새로운 상(γMgH)의 동시 존재를 나타내는 피크를 보여주는 X-선 회절 곡선이다.
도 20은 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 250℃에서 수행된 제 2 흡착 주기 및 0 Pa의 압력하에 상기 동일한 온도에서 수행된 제 2 탈착 주기 동안의 흡착과 탈착을 시간의 함수로 나타내는 곡선으로, 상기 측정은 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 Pd 분말의 20 시간 동안 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에서 수행되며, 비교를 위해서 Pd이 없는 상기 동일한 다중결정성 MgH2 분말을 20 시간 동안 격렬하게 기계적으로 분쇄하여 제조되는 나노결정성 분말에서 수행된다.
도 21은 비교를 위해서 혼합물에 있는 통상의 다중결정성 MgH2 분말과 5 원자%의 V 분말 및 22 원자%의 Mg2Ni 분말을 각각 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말로 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 100℃에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 측정된 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 22는 본 발명에 따른 나노합성물이 각각 22 원자% Mg2Ni 분말과 22 원자% Mg2NiH4 분말과 혼합된 통상의 다중결정성 MgH2 분말로부터 제조되는 것을 제외하고, 도 21과 유사한 곡선이다.
도 23은 Mg2NiH4 분말과 10%의 V 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 상기 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 다른 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 24는 비교할 목적으로 제시된, V의 첨가가 없는 Mg2NiH4 분말의 20 시간 동안의 격렬한 기계적인 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조하는 나노결정성 분말에 동 일한 조건에서 측정이 수행되는 도 23과 유사한 곡선이다.
도 25는 MgH2 분말과 5 원자%의 V 분말을 함유하는 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착 및 이틀 동안의 공기에 대한 노출에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 26은 MgH2 분말과 10 원자%의 V 분말을 함유하는 혼합물을 20시간 동안 격렬하게 기계적으로 분쇄하여 제조된 본 발명에 따른 나노합성물로 290℃(563°K)에서 얻어진 압력-농도 등온 곡선이다.
도 27은 Ti, V, Mn, Fe, 및 Ni 중에서 선택되는 5 원자%의 전이 금속 TM을 갖는 MgH2 분말 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 29℃(302°K) 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선으로, 상기 곡선은 또한 참조를 위해서 어떠한 첨가물도 없는 MgH2의 나노결정성 분말에서 얻어진 흡착율을 나타낸다.
도 28과 29는 흡착 온도가 각각 100℃(373°K)과 150℃(423°K)인 것을 제외하고는 도 27과 동일한 곡선이다.
도 30은 MgH2 분말과 Ti, V, Mn, 및 Fe 중에서 선택되는 5 원자%의 전이 금속 TM의 분말 혼합물에 대해 20시간 동안 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명 에 따른 나노합성물 분말에 0 Pa의 압력하에 235℃(508°K)의 온도에서 측정된 수소 흡착율을 나타내는 곡선이다.
도 31은 탈착이 300℃(573°K)에서 수행된, 도 30과 유사한 곡선으로, 이 곡선은 또한 참조로 MgH2만으로 구성된 나노결정성 분말에서 얻어진 탈착을 나타낸다.
도 32는 5%의 Cr을 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 33은 5 원자%의 Ca를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 34는 5 원자%의 Ce를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 35는 5 원자%의 Y를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분 쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 36은 5 원자%의 La를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 37은 5 원자%의 Ce 및 5 원자%의 La를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 38은 5 원자%의 Ce, 5 원자%의 La 및 5 %의 V를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 39는 7 중량%의 V과 30 중량%의 LaNi5를 갖는 MgH2 혼합물의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 40은 5 원자%의 Ni을 갖는 MgH2; 5 원자%의 La를 갖는 MgH2; 5 원자%의 V을 갖는 MgH2; 30 중량%의 LaNi5를 갖는 MgH2; 및 7 중량%의 V과 30 중량%의 LaNi5를 갖는 MgH2 분말의 혼합물 각각의 20시간 동안의 격렬한 기계적 분쇄에 이은 탈착에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 분말에 250℃(523°K)의 온도하에 0.015 M Pa의 압력에서 수행된 제 1 탈착 주기 동안의 수소 흡착율을 시간의 함수로 나타내는 곡선이다.
도 10과 11은 20시간 동안 5 원자%의 순수 V 분말과 혼합된 통상의 MgH2 분말(325 메쉬)의 격렬한 기계적인 분쇄에 의해 제조된 나노합성물에서 얻어진 흡착 곡선을 나타낸다. 이러한 곡선은, 상기 동일한 온도와 흡착 압력[217.6×10-4 Pa(150 psi)]하에 수행된 흡착 주기의 결과를 나타내는 도 7 내지 9에 나타난 곡선과 비교되어야 한다.
주목될 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 나노합성물은 마그네슘보다 훨씬 빠른 수소 흡착 반응과정을 갖고, 매우 동일한 기술(즉 Mg 수소화물 분말로부터)로 제조된 마그네슘 및 알루미늄 합금보다 훨씬 빠른 수소 흡착 반응과정을 갖는다. 사실상, 29℃(302°K)에서도, 본 발명에 따른 나노합성물은 수소를 흡착할 수 있는 반면에, 도 7 내지 9에서 보고된 생성물은 그렇지 않다. 150℃(423°K) 정도의 저온에서, 생성물은 또한 유사-순간 방식(quasi-instantaneous manner)으로 수소를 흡착할 수 있는 반면에, 도 7 내지 9의 생성물의 경우에는 흡착이 매우 느리다.
MgH2 + V(도 10)과 MgH2 + Ni(도 8)을 비교할 때, 반응과정은 고온에서 유사하지만, 반대로 저온에서는 MgH2 + V이 보다 더 효율적이다.
흡착 반응과정에서의 놀라운 증가는, Mg 수소화물을 다른 원소와 분쇄하거나 또는 수소를 흡착하고 MgH2와 거의 섞이지 않는 것으로 알려진 화합물과 분쇄하는 것이 마그네슘 수소화물의 불안정을 야기하고 큰 표면을 생성하며, 용이하고 빠른 수소 운반을 허용하는 합성물의 그레인 사이에 특히 "활성화된" 경계면을 생성한다.
도 10과 12의 비교는 나노합성물에서 V의 양을 실질적으로 증가시키는 잇점이 없다는 것을 나타낸다. 사실상, 10 원자%의 V을 사용하여 얻어진 결과는 5 원자%의 V을 사용하여 얻어진 결과와 거의 동일하다. 더 높은 비율의 V 때문에 나노합성물은 제 1 경우에 더 무겁고, 나노합성물 총 중량에 대해 흡착된 수소의 비율은 낮지만, 흡착된 수소량은 실제 실질적으로 동일하다.
도 13과 14에 나타난 회절 곡선은, MgH2 분말을 V 분말로 분쇄하는 중에 VH0.81의 피크가 형성되고 다음으로 MgH2에 저장된 일부 수소의 바나듐으로의 이동이 달성된다는 것을 보여준다(도 13 참조). 게다가, 도 13에 나타난 X-선 회절 스펙트 럼은 지금까지 수소 저장 물질의 기계적인 분쇄 동안 관찰되지 못했고, 수소 저장을 위한 신규의 나노결정성 합성물의 예외적인 성능을 설명할 수도 있는 신규의 준안정 상(metastable phase)(γMgH2)의 형성이 있다는 것을 나타낸다. 탈착 후, 얻어진 회절 곡선(도 14 참조)은 도 3에 도시된 것과 유사하지만, 출발물질로 순수 마그네슘 대신에 Mg 수소화물을 사용하여 분쇄하는 동안 발생하는 수소 이동은, 흡착 곡선에 의해 밝혀지는 것과 같이 활성화된 경계면의 형성을 분명하게 일으킨다.
도 10과 11의 비교는 또한 제 1 흡착 주기 중에 얻어진 결과가 온도에 관계 없이 제 2 흡착 주기 중에 얻어진 결과와 매우 유사한 것을 나타낸다. 이것은 도 1과 2에서 보고된 결과와 비교되는데, 여기서 제 3 흡착은 제 1 흡착보다 훨씬 빠르고 효율적이다. 이것은 또한 본 발명에 따른 방법이 나노합성물 경계면의 즉각적인 활성화를 일으키고, 따라서 더 우수한 흡착성능을 일으킨다는 것을 확증한다.
도 15는 MgH2와 5 원자%의 V로부터 제조된 나노합성물(즉 도 10과 11에 보고된 테스트에 사용된 것과 매우 동일한 나노합성물)에 여러 온도에서 수행된 제 1 흡착 주기 중에 얻어진 흡착 곡선을 나타낸다. 표시된 바와 같이, 상기 곡선은 탈착이 200℃(475°K)에서 시작된다는 것을 나타낸다. 상기 곡선은 또한 탈착이 250℃(523°K)에서 1,000초 후에 거의 완료된다는 것을 나타내는데, 이것은 대부분 기본적으로 순수 Mg으로 구성된 화합물에 대해 특별하다. 실제로, 순수 Mg(즉 다중결정성 MgH2)는 1,500초 내에 수소를 탈착하기 위해 약 350℃의 온도를 필요로 한다는 것을 상기할 필요가 있다(도 2 참조).
도 16은, 사용된 나노합성물이 MgH2을 3 원자%의 V하고만 격렬하게 기계적으로 분쇄함으로써 제조된 것을 제외하고는 도 10과 유사하다. 도시된 바와 같이, 결과는 매우 훌륭하다. 그러므로, 중요한 것은 V의 양이 아니라, 표면을 활성화시키고 그레인 사이의 경계면을 활성화시키는데 충분한 양에서의 V의 존재이다.
도 17과 18은 5 원자%의 Nb과 MgH2의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물을 가지고 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 각각 300℃와 100℃에서 얻어진 흡착 곡선을 나타낸다. Nb는 수소를 흡착하고 분쇄하에서 MgH2와 거의 섞이지 않는 것으로 공지된다. 도시된 바와 같이, 상기 얻어진 결과는 V 함유 나노합성물에 대해 보고된 결과와 매우 유사하다. 그러므로, 본 발명은 상기 언급된 것과 같이 동일한 특성을 갖는 다른 원소 또는 화합물의 용도에 합리적으로 일반화될 수 있다.
도 19는 도 17과 18에 보고된 흡착 테스트에 대해 얻어진 생성물을 분쇄하여 얻어진 회절 곡선이다. 도시된 바와 같이, 상기 곡선은 MgH2으로부터 Nb로의 수소 이동이 있음을 또한 보여준다. 신규의 준안정 상(γMgH2)의 존재가 또한 확인된다.
도 20은 5 원자%의 Pd과 MgH2의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물을 가지고 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 250℃에서 얻어진 흡착 및 탈착 곡선을 나타내는데, 상기 Pd는 수소의 흡착에 촉매작용을 하는 것 으로 알려진 원소이다. 도시된 바와 같이, Pd을 사용할 때 유익한 효과(즉 훨씬 빠른 흡착)가 있다. 효과는 V 또는 Nb보다는 낮지만 검출 가능하다.
도 21은 Mg2Ni와 같이 수소를 흡착하는 것으로 알려진 화합물과 Mg2H2의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물이 또한 우수한 성능을 나타낸다는 것을 보여준다. 이 성능은 MgH2와 V의 혼합물로 얻어진 결과처럼 우수하지는 않지만, 그럼에도 존재한다. 사실상, 모든 경우에 얻어진 결과는 분쇄된 MgH2를 가지고 100℃에서 얻어진 결과보다 우수하다.
도 22는 도 21과 비교될 것이다. 이것은 Mg2NiH4과 MgH2의 격렬한 기계적인 분쇄에 의해 제조되는 본 발명에 따른 나노합성물이 Mg2Ni로 얻어진 것보다 약간 우수하다는 것을 보여준다. 그러나, 차이는 극히 미미하다.
도 23은 5시간 동안 10 중량%의 V와 Mg2NiH4의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물에 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 다른 온도에서 얻어진 흡착 곡선을 나타낸다. 상기 나노합성물은 실온[29℃(302°K)]에서 3,000초 내에 거의 수소 1.75 중량%를 흡착한다는 것을 확인할 수 있는데, 이것은 동일한 시간 동안 실온에서 약 2.75 중량%의 수소를 흡착하는 MgH2 + 5 중량%의 V보다 비록 효과가 작지만 매우 뛰어나다(도 15 참조). 그러나, 상기 결과는 20시간의 기계적 분쇄 후에 얻어지는 나노결정성 Mg2NiH4 분말로 얻어진 것보다 매우 우수하다(도 24 참조).
도 10과 비교될 도 25는, MgH2과 5 원자%의 V로 제조된 본 발명에 따른 나노합성물 분말은 이것의 특성을 상실하지 않고 2일 동안 공기에 노출될 수 있음을 나타낸다. 이것은 실용적인 측면에서 매우 중요하다.
도 26은 MgH2과 10 원자% V의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물로 얻어진 압력-농도 등온 곡선이다. 상기 곡선은 290℃(563°K)의 온도에서, 흡착과 탈착이 1 기압 정도로 낮은 압력하에서 거의 순간적으로 이루어지는 것을 나타낸다.
도 27은 5 원자%의 상이한 전이 금속과 MgH2의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물의 흡착율을 나타내는 곡선이다. 도시된 바와 같이, 티타늄으로 얻어진 결과는 바나듐으로 얻어진 결과보다 우수하다. 철과 망간으로 얻어진 결과는 약간 느리지만, 니켈을 약간 첨가하거나 어떠한 첨가도 하지 않고 얻어진 것보다는 매우 우수하다.
도 28과 29는 훨씬 높은 온도[100℃(373°K)와 150℃(423°K)]에서는 도 27과 유사한 곡선이다. 도시된 바와 같이, 다른 첨가제의 존재와 관련된 차이는 흡착 온도 증가로 감소된다.
도 30은 Ti, V, Mn, 및 Fe 중에서 선택되는 5 원자%의 전이 금속을 포함하는 본 발명에 따른 나노합성물에 0 Pa의 압력하에 235℃(508°K)에서 얻어지는 탈착 곡선이다. 상기 곡선은, 나노합성물이 Ti, V 및 Fe를 함유할 때 첨가제가 망간일 때 얻어진 것보다 탈착이 훨씬 우수한 것을 나타낸다.
도 31은 탈착 온도가 300℃(573°K)인 것을 제외하고 도 30과 유사하다. 다시 한번, 고온에서는 차이가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 모든 경우에 얻어진 결과는 순수 MgH2으로 얻어진 것보다 훨씬 우수하다.
도 32 내지 37은 각각 5 원자%의 Cr, Ca, Ce, Y 및 La와 MgH2의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물을 가지고 상기 동일한 압력하에 상이한 온도에서 얻어진 흡착 곡선이다. 이러한 물질은 수소를 흡착할 수 있고 분쇄 중에 Mg 또는 Mg의 동등물(equivalent)과 전혀 또는 거의 섞이지 않는 것으로 알려져 있다. 훌륭한 결과가 얻어진다는 것을 또 한번 확인할 수 있다.
도 37 내지 39는 하나 이상의 추가 원소 또는 화합물과 MgH2의 격렬한 기계적 분쇄에 의해 제조된 본 발명에 따른 나노합성물을 가지고 동일한 217.6×10-4 Pa(150 psi)의 압력하에 상이한 온도에서 측정된 흡착율을 나타내는 유사한 곡선이다. 또 한번, 이러한 곡선은 훌륭한 결과가 얻어진 것을 보여준다.
도 40은 본 발명에 따른 상이한 나노합성물을 가지고 0.015 M Pa의 압력하에 250℃(523°K)의 온도에서 얻어진 탈착 곡선이다. 도시된 바와 같이, 바나듐, LaNi5 또는 바나듐과 LaNi5의 혼합물을 함유하는 것은 극히 뛰어나다.
정보에 의해, 하기의 표 1은 상이한 형태의 예시된 나노합성물에 대해 분쇄 중일 때와 수소 탈착 후에 발생하는 상 변환을 나타내는데, 이것의 추가 원소는 Ti, V, Mn, Fe 및 Ni 중에 선택되는 전이 금속이다. 하기의 표 2는 탈착에 대해 상 응하는 활성화 에너지를 나타낸다. MgH2-V, MgH2-Fe 및 MgH2-Ti 시스템으로부터 수소를 흡착하는 것이 MgH2-Ni 및 MgH2Mn 시스템으로부터 수소를 흡착하는 것보다 훨씬 용이하다는 것을 표 2에서 알 수 있다. 그러나, 모든 경우에 탈착은 분쇄된 MgH2만으로 탈착하거나 또는 심지어 분쇄되지 않은 순수한 MgH2으로 탈착하는 것보다 훨씬 용이하다.
표 1은 분쇄 및 탈수소화 중의 상 변환을 나타낸다.
기계적 분쇄 탈착
β-MgH2+ Ti ⇒ Y-MgH2+ βMgH2+ TiH2+ Mg ⇒ TiH2+ Mg
β-MgH2+ V ⇒ Y-MgH2+ βMgH2+ VHX+ Mg ⇒ Mg + V
β-MgH2+ Mn ⇒ Y-MgH2+ βMgH2+ Mn ⇒ Mg + Mn
β-MgH2+ Fe ⇒ Y-MgH2+ βMgH2+ Mg2FeH6 ⇒ Mg + Fe
β-MgH2+ Ni ⇒ Y-MgH2+ βMgH2+ Mg2NiH4 ⇒ Mg + Mg2Ni
표 2는 탈착에 대한 활성화 에너지(KJ/mol)를 나타낸다.
Mg-Ti Mg-V Mg-Mn Mg-Fe Mg-Ni 분쇄된 MgH2 분쇄되지않은 MgH2
71.1 62.34 104.59 67.6 88.1 120 156
첨부된 청구항에서 한정된 것과 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 다수의 변형들이 상기 개시된 것에 행해질 수 있음이 명백하다.

Claims (15)

  1. 마그네슘과, 수소를 흡착하고 분쇄 중 마그네슘 또는 마그네슘 수소화물(hydride)과 화합될 수 없는 (not to be miscible) 것으로 알려진 적어도 하나 또는 여러 개의 다른 원소 또는 화합물을 기초로 한 나노합성물을 제조하는 방법으로서,
    a) 분말 형태의 수소화물을 얻기 위해, 수소를 흡착하는 것으로 알려진 마그네슘 또는 마그네슘 기초 화합물을 수소화(hydrogenation)시키는 단계와,
    b) 앞에서 얻어진 수소화물 분말을 다른 원소(들) 또는 화합물(들)과 혼합하거나 또는 상기 다른 원소(들) 또는 화합물(들)의 수소화물과 혼합하는 단계와,
    c) 수소화물 형태의 나노합성물을 얻기 위해, 앞에서 얻어진 혼합물을 강력하게 기계적으로 분쇄하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 단계 a)에서, 마그네슘이 사용되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 단계 a)에서, 다음 화학식의 마그네슘에 기초한 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하고,
    Mg1-xAx
    이 화학식에서, A는 Li, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Y, Zr, Nb, Mo, In, Sn, O, Si, B, C, F 및 Be로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소이고, x는 0.3 이하의 수인 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 단계 a)에서, 다음 화학식의 마그네슘에 기초한 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하고,
    (Mg2-zNi1+z)1-xAx
    이 화학식에서, A와 x는 제 3항에서와 같이 한정되고, z는 -0.3과 +0.3 사이에 포함된 수인 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)에서, 다른 원소 또는 다른 원소의 수소화물이 사용되고, 상기 다른 원소 또는 다른 원소의 수소화물은 V, Ti, Fe, Co, Nb, Na, Cs, Mn, Ni, Ca, Ce, Y, La, Pd, Hf, K, Rb, Rh, Ru, Zr, Be, Cr, Ge, Si, Li 및 이들의 수소화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 다른 원소는 V인 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 다른 원소는 Nb인 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)에서, 다른 화합물 또는 다른 화합물의 수소화물이 사용되고, 상기 적어도 하나의 다른 화합물 또는 다른 화합물의 수소화물은 LaNi5, MnNi5, ZrMn2, ZrV2, TiMn2, Mg2Ni 및 이들의 수소화물, y가 0 내지 1인 화학식 V1-yTiy의 고체용액(solid solution)인 (V0.9Ti0.1)0.95Fe0.05 및 Mg-Ni의 비결정성 합금(amorphous alloy)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 단계 b)에서, 상기 혼합물 중 상기 다른 원소 또는 화합물의 원자비(atomic percentage) 또는 몰비(molar percentage)가 10% 이하의 양이 되도록 상기 다른 원소 또는 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 단계 b)에서, 상기 혼합물 중 상기 다른 원소 또는 화합물의 원자비가 5%의 양이 되도록 상기 다른 원소 또는 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 단계 b)에서, 상기 혼합물 중 상기 다른 원소 또는 화합물의 원자비가 3%의 양이 되도록 상기 다른 원소 또는 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  12. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)에서, 상기 혼합물은 볼 밀링(ball milling) 기계에서 5 내지 20시간 동안 강력한 기계적인 분쇄를 거치게 되는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
  13. 마그네슘과, 수소를 흡착하는 것으로 알려진 하나 이상의 다른 원소 또는 화합물에 기초한 나노합성물로서,
    상기 나노합성물은 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 얻어지고, 활성화된 경계면을 갖는 미세구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 나노합성물.
  14. 수소를 저장 및 운반하기 위해 제 13항에 기재된 나노합성물을 사용하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 단계 c)에서 얻어진 나노합성물을 수소 탈착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노합성물 제조 방법.
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