KR101053955B1 - 마그네슘계 수소화물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘계 수소화물 - Google Patents

마그네슘계 수소화물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘계 수소화물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말을 몰비로 2-X:X(여기서, X는 0<X≤1인 실수임)의 비율로 혼합한 혼합분말을 자연발화연소 장치의 반응로에 장입하는 단계와, 상기 반응로에 수소(H2) 가스를 공급하여 수소(H2) 압력이 0.1∼7MPa 범위를 이루도록 수소(H2) 압력을 조절하는 단계와, 마그네슘(Mg)과 전이금속의 반응 개시온도로 가열수단을 이용하여 가열하여 반응로 내부의 온도를 올려주는 단계 및 마그네슘(Mg)과 전이금속 간에 반응이 시작되고 반응 생성열에 의해 마그네슘계 수소화물의 합성이 일어나는 단계를 포함하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘계 수소화물에 관한 것이다. 본 발명에 의한 마그네슘계 수소화물의 제조방법에 의하면, 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 가능하여 에너지의 소모가 작고 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 완료되므로 마그네슘(Mg)의 휘발이 최소화될 수 있다.
금속수소화물(metal hydride), 자연발화연소(self-ignition combustion synthesis), 수소 저장, 마그네슘(magnesium)

Description

마그네슘계 수소화물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘계 수소화물{Manufacturing method of magnesium based hydride and magnesium based hydride manufactured by the method}
본 발명은 금속수소화물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 가능하여 에너지의 소모가 작고 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 완료되므로 마그네슘(Mg)의 휘발이 최소화될 수 있는 마그네슘계 수소화물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘계 수소화물에 관한 것이다.
급증하는 에너지 수요로 인하여 석탄, 석유 또는 천연 가스와 같은 전통적인 에너지 자원들은 급격하게 소진되어 있고 이에 따라 가격이 상승하고 있다. 따라서, 핵에너지, 태양에너지, 지열에너지와 같은 대체 에너지 자원에 대한 연구가 요구되고 있으며, 수소 역시 대체 에너지 자원으로 그 사용이 점차 기대되고 있다.
그러나, 수소는 위험하고 취급이 용이하지 않으므로 안전하게 저장할 수 있 는 물질이 필요하다. 최근에는 수소를 저장하기 위한 물질로서 금속수소화물에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 금속수소화물(Metal Hydride)은 다량의 수소를 가역적으로 흡수(저장) 및 방출(사용)할 수 있는 능력을 보유한 금속간 화합물(intermetallic compound)이다.
한편, 종래의 세라믹 분말을 합성하는 공정에 있어서는 반응이 진행되는 전기로를 고온으로 유지시키면서 시료를 여러 시간 동안 반응시켜 산화지르코늄, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등의 세라믹 분말을 합성하였다. 그러나 이와 같은 방법에 따르면, 고온에서 분말 상의 미반응 물질이 남게 되며, 이러한 미반응 물질들이 세라믹 분말에 대하여 불순물로 작용하기 때문에 세라믹 제품의 성능을 저하시키게 된다. 또한, 세라믹 분말을 제조하기 위한 반응 시간이 길어지기 때문에 제조공정의 생산성이 낮아지는 동시에 생산비용도 증대된다.
이러한 문제점을 고려하여 최근에는 자전고온합성(self-propagation high temperature synthesis; SHS)에 의한 세라믹 분말의 제조기술이 연구되고 있다. 자전고온합성은 화합물을 구성하는 고체분말이 반응하여 화합물 형성할 때 발생하는 발열반응열을 이용한 자발적 화학반응 합성법으로서 고온의 반응로가 요구되지 않고, 제조공정이 단순하며 단시간에 세라믹 분말이 합성되기 때문에 에너지 소비량이 매우 적고 따라서 생산성이 높을 것으로 기대되며, 또한 높은 연소온도에 의해 순도가 높은 세라믹을 얻을 수 있을 것으로 기대되고 있다.
최근에는 자전고온합성을 이용하여 카바이드(carbide), 보라이드(boride), 나이트라이드(niride), 옥사이드(oxide) 등과 같은 세라믹 분말의 합성뿐만 아니라 금속간 화합물 합성 공정에도 응용하려는 연구가 시도되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0337372호에는 자전 고온 합성법에 의한 질화보론 분말의 제조방법이 제시되어 있으며, 대한민국 등록특허공보 제10-0572579호에는 자전 고온합성법에 의한 세라믹 복합분말의 제조방법이 제시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-0321294호에는 자전고온 합성법에 의한 카바이드 또는 보라이드 세라믹 분말을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 가능하여 에너지의 소모가 작고 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 완료되므로 마그네슘(Mg)의 휘발이 최소화될 수 있는 마그네슘계 수소화물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘계 수소화물을 제공함에 있다.
본 발명은, 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말을 몰비로 2-X:X(여기서, X는 0<X≤1인 실수임)의 비율로 혼합한 혼합분말을 자연발화연소 장치의 반응로에 장입하는 단계와, 상기 반응로에 수소(H2) 가스를 공급하여 수소(H2) 압력이 0.1∼7MPa 범위를 이루도록 수소(H2) 압력을 조절하는 단계와, 마그네슘(Mg)과 전이금속의 반응 개시온도로 가열수단을 이용하여 가열하여 반응로 내부의 온도를 올려주는 단계 및 마그네슘(Mg)과 전이금속 간에 반응이 시작되고 반응 생성열에 의해 마그네슘계 수소화물의 합성이 일어나는 단계를 포함하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법을 제공한다.
상기 전이금속은 Ni, Cu, Fe, Co, Ag 및 La 중에서 선택된 1종 이상의 금속일 수 있다.
상기 반응 개시온도는 300∼1000℃이고, 상기 반응 개시온도에서 10초∼10분 동안 반응로의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 반응로에 수소를 공급할 때, 반응속도 조절을 위해 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및 질소(N2) 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 비활성 가스를 상기 반응로에 공급할 수 있다.
상기 비활성 가스와 수소(H2) 가스는 부피비(비활성 가스/수소 가스)로 0.01∼0.5 범위를 이루도록 공급하는 것이 바람직하다.
마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말의 혼합분말은, 기공율이 10∼70% 범위를 이루도록 충진되어 있는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘계 수소화물의 밀도, 수소 저장 능력 및 기계적 특성을 고려하여 상기 마그네슘(Mg) 분말은 평균 입도가 1∼100㎛이고, 상기 전이금속 분말은 평균 입도가 100㎚∼100㎛인 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기 마그네슘계 수소화물의 제조방법에 의해 제조되고 수소를 가역적으로 흡수하고 탈착할 수 있는 마그네슘계 수소화물을 제공한다.
본 발명에 의하면, 300∼1000℃ 정도의 낮은 온도에서 마그네슘계 수소화물을 합성할 수 있을 뿐만 아니라, 10분 이내의 반응 시간 내에 합성이 이루어지므로 공정 시간이 짧고 최소의 에너지로 합성이 가능하다.
공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 완료되므로 마그네슘(Mg)의 휘발이 최 소화될 수 있고, 다양한 마그네슘계 합금의 제조가 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말의 혼합분말을 자연발화연소법(self-ignition combustion synthesis)으로 마그네슘계 수소화물(Mg2-xAx, 여기서 X는 0<X≤1인 실수이고 A는 Ni, Cu, Fe, Co, Ag 및 La 중에서 선택된 1종 이상의 금속임)을 합성하는 방법을 제시한다.
자연발화연소법은 반응 개시 온도까지 온도를 올려주면, 반응물간 반응 생성열이 발생하여 스스로 반응이 진행되어 합성을 유도하는 합성법을 말한다.
도 1은 마그네슘계 수소화물을 합성하기 위한 자연발화연소 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말을 몰비로 2-X:X(여기서, X는 0<X≤1인 실수임)의 비율로 혼합한 혼합분말을 펠렛(pellet)으로 제조하여 자연발화연소 장치의 반응로(10)에 장입한다. 3족원소는 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe), 코발트(Co), 은(Ag) 및 란탄(La) 중에서 선택된 1종 이상의 금속일 수 있다. 분말의 입경은 복합수소화물의 밀도, 수소 저장 능력, 기계적 특성 등에 영향을 미치므로 이를 고려하여 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속의 입경을 선택한다. 바람직하게는 복합수소화물이 수소의 가역적 저장매체로 사용되는 것을 고려하여 마그네슘(Mg) 분말은 평균 입도가 1∼100㎛ 정도인 것이 바람직하고, 전이금속 분말은 입도는 평균 입도가 100㎚∼100㎛ 정도인 것이 바람직하다. 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말의 혼합분말은, 기공율이 10∼70% 범위를 이루도록 충진되어 있는 것이 바람직한데, 기공율은 수소(H2)의 침투량 및 침투속도에 영향을 주어 마그네슘계 수소화물의 수소 저장 특성에 영향을 미치며, 기공율이 10% 미만인 경우에는 수소(H2)의 침투량 및 침투속도가 작고 기공율이 70%를 초과하는 경우에는 혼합 분말의 펠렛(pellet) 제조가 어렵고 합성되는 마그네슘계 수소화물의 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고 더 이상의 수소 저장 능력의 향상을 기대하기가 어렵다.
자연발화연소 장치는 마그네슘(Mg)과 전이금속의 혼합분말을 장입하여 반응시키기 위한 반응로(10)와, 반응로(10)를 가열하기 위한 가열수단(20)과, 상기 반응로(10) 내부에 가스를 공급하기 위한 가스공급관(30) 및 가스를 배출하기 위한 가스배출관(40)을 포함한다.
상기 반응로(10)의 외벽은 열손실을 저하 방지 및 단열을 위해 고온에서 견디는 흑연(graphite)과 같은 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 반응로(10)는 가열수단(20)에 의해 가열되어 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말 간 에 반응 생성열이 발생하여 발화가 이루어지게 한다. 가스배출관(40)에는 반응로(10) 내부의 압력을 조절하기 위하여 진공펌프(50)와 진공게이지(60)가 구비되어 있다. 또한, 반응로(10) 외벽을 감싸도록 냉각수가 흐르는 냉각수관이 구비되어 있을 수 있다. 상기 냉각수관은 반응로(10) 내부가 순간적으로 고온화되는 것을 억제하기 위하여 구비된다.
상기와 같이 구비된 자연발화연소 장치의 반응로(10) 내에 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말을 혼합하고 펠렛(pellet)으로 제조하여 장입한다. 반응로(10) 내부에 가스공급관(30)을 통해 수소(H2) 가스를 공급하여 주고, 반응로(10) 내부의 안정화와 반응속도 조절을 위해 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2)와 같은 비활성 가스를 가스공급관(30)을 통해 공급하여 줄 수도 있다. 이때, 비활성 가스와 수소(H2) 가스는 부피비(비활성 가스/수소 가스)로 0.01∼0.5 범위를 이루도록 공급하여 주는 것이 바람직하다. 마그네슘(Mg)과 전이금속의 반응은 수소(H2) 압력 0.1∼7MPa 하에서 이루어지게 수소(H2) 압력을 조절하는 것이 바람직한데, 수소 압력이 0.1 MPa 미만인 경우에는 수소 가스와 혼합 분말의 연속적인 접촉이 어렵고, 수소 압력이 5 MPa을 초과하는 경우에는 안정성 및 반응제어성이 현저하게 낮아지게 된다.
마그네슘(Mg)과 전이금속의 반응 개시온도인 300∼1000℃로 가열수단(20)을 이용하여 가열하여 반응로(10) 내부의 온도를 올려준다. 반응로(10)의 승온 속도는 5∼100K/min 정도인 것이 바람직한데, 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오 래 걸려 생산성이 떨어지고 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 혼합 분말에 과도한 열적 스트레스(thermal stress)가 작용할 수 있으므로 상기 범위의 승온 속도로 반응로(10)의 온도를 올리는 것이 바람직하다.
반응로(10) 내의 온도가 반응 개시온도 이상이 되면 점화되어 마그네슘(Mg)과 전이금속 간에 반응이 시작되고 반응 생성열에 의해 마그네슘계 수소화물의 합성이 일어난다. 반응 시간이 지남에 따라 혼합분말 전체적으로 반응이 일어나서 마그네슘계 수소화물의 합성이 완료된다.
자연발화연소 공정을 이용할 경우 300∼1000℃ 정도의 낮은 온도에서도 합성이 가능할 뿐만 아니라, 반응도 단시간 내에(예컨대, 10분 이내) 이루어져 마그네슘계 수소화물이 합성되므로 공정 시간이 짧고 최소의 에너지로 합성이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 공정 온도가 낮고 단시간 내에 합성이 완료되므로 마그네슘(Mg)의 휘발이 최소화될 수 있고, 다양한 마그네슘계 합금(Mg2-xAx, 여기서 X는 0<X≤1인 실수이고 A는 Ni, Cu, Fe, Co, Ag 및 La 중에서 선택된 1종 이상의 금속임) 제조가 가능하다.
본 발명은 하기의 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실시예가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
<실시예 1>
마그네슘(Mg) 분말 1.36g과 니켈(Ni) 분말 1.64g을 흑연으로 이루어진 도가 니에 넣어 혼합한 후, 압축 성형하여 펠릿(pellet) 형태로 제조하였다. 마그네슘(Mg) 분말은 평균 입도가 20㎛ 정도인 분말을 사용하였고, 니켈(Ni) 분말은 평균 입도가 10㎛ 정도인 분말을 사용하였다.
상기 펠릿을 자연발화연소 장치의 반응로(10)에 장입하고, 반응로(10) 내부가 진공 상태로 되도록 반응로(10) 내의 공기를 제거한 다음, 아르곤(Ar) 가스를 주입하였고, 수소(H2) 가스를 주입하여 0.1∼7MPa의 수소(H2) 가스 분위기로 조성하였다.
반응로(10)의 가열수단(20)에 의해 반응 개시온도인 400℃까지 온도를 올려 주고 10분 동안 유지하여 마그네슘계 수소화물(Mg2Ni)을 합성하였다. 이때, 반응로(10)의 승온 속도는 10K/min로 설정하였고, 반응이 개시된 후 약 10분 내에 반응이 완료되어 마그네슘계 수소화물(Mg2Ni)이 합성되었다.
반응이 종료되고 약 30분 정도 경과하여 반응로(10)가 충분히 냉각되었을 때, 반응로(10) 내의 가스를 배출시키고 반응 생성물을 반응로(10)에서 꺼냈다.
마그네슘계 수소화물(Mg2Ni)을 분쇄하여 수소 저장 특성을 평가하였다.
<실시예 2>
마그네슘(Mg) 분말 1.36g과 니켈(Ni) 분말 1.64g을 흑연으로 이루어진 도가니에 넣어 혼합한 후, 압축 성형하여 펠릿(pellet) 형태로 제조하였다. 마그네슘(Mg) 분말은 평균 입도가 20㎛ 정도인 분말을 사용하였고, 니켈(Ni) 분말은 평균 입도가 10㎛ 정도인 분말을 사용하였다.
상기 펠릿을 자연발화연소 장치의 반응로(10)에 장입하고, 반응로(10) 내부가 진공 상태로 되도록 반응로(10) 내의 공기를 제거한 다음, 수소(H2) 가스를 주입하여 4MPa의 수소(H2) 가스 분위기로 조성하였다. 실시예 1에서는 아르곤(Ar) 가스를 주입하였으나, 본 실시예에서는 아르곤(Ar) 가스를 주입하지 않고 실험을 진행하였다.
반응로(10)의 가열수단(20)에 의해 반응 개시온도인 400℃까지 온도를 올려 주고 10분 동안 유지하여 마그네슘계 수소화물(Mg2Ni)을 합성하였다. 이때, 반응로(10)의 승온 속도는 30K/min로 설정하였고, 반응이 개시된 후 약 10분 내에 반응이 완료되어 마그네슘계 수소화물(Mg2Ni)이 합성되었다.
반응이 종료되고 약 30분 정도 경과하여 반응로(10)가 충분히 냉각되었을 때, 반응로(10) 내의 가스를 배출시키고 반응 생성물을 반응로(10)에서 꺼냈다.
마그네슘계 수소화물(Mg2Ni)을 분쇄하여 수소 저장 특성을 평가하였다.
다음은, 상기의 실시예의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 본 발명의 실시예와 비교할 수 있는 비교예를 제시한다.
<비교예>
마그네슘(Mg) 분말과 니켈(Ni) 분말을 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하여 에탄올과 함께 습식 혼합하고, 볼 밀링기를 이용하여 300rpm 속도로 회전시키면서 볼 밀링하여 Mg2Ni 수소화물이 합성되는지 여부를 관찰하였다. 마그네슘(Mg) 분말은 평균 입도가 20㎛ 정도인 분말을 사용하였고, 니켈(Ni) 분말은 평균 입도가 10㎛ 정도인 분말을 사용하였다. 볼은 5㎜ 크기의 지르코니아 볼을 사용하였으며, 볼 밀링은 10분∼5시간 동안 실시하였다.
도 2는 실시예 1에서 반응로에 주입된 아르곤(Ar)과 수소(H2)의 부피 비율에 따른 수소 저장 특성을 보여주는 그래프이다. 도 2에서 (a)는 수소 저장 특성을 나타내는 수소의 함량(중량%)을 나타내고, (b)는 자연발화연소의 반응속도(burning rate)를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 수소(H2)에 대한 아르곤(Ar)의 부피비(Ar/H2)가 증가함에 따라 자연발화연소의 반응속도(burning rate)가 점차 감소함을 볼 수 있다. 그러나, 수소(H2)에 대한 아르곤(Ar)의 부피비(Ar/H2)는 수소 저장 특성에는 영향을 거의 주지 않음을 확인할 수 있다.
도 3은 실시예 1에서 반응로에 주입된 수소(H2)의 압력에 따른 수소 저장 특성을 보여주는 그래프이다. 도 3에서 (a)는 수소 저장 특성을 나타내는 수소의 함량(중량%)을 나타내고, (b)는 자연발화연소의 반응속도(burning rate)를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 수소(H2)의 압력이 증가함에 따라 자연발화연소의 반응속도(burning rate)가 점차 증가함을 볼 수 있다. 그러나, 수소(H2)의 압력은 수소 저장 특성에는 영향을 거의 주지 않음을 확인할 수 있다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 펠릿(pellet)의 기공율에 따른 수소 저장 특성을 보여주는 그래프이다. 성형할 때 압축하는 힘을 다양하게 조절하여 기공율 차이에 따른 수소 저장 특성이 변화되는 정도를 관찰하였다.
도 4를 참조하면, 펠릿의 기공율에 따라 수소 저장 특성을 나타내는 수소의 함량(중량%)이 조금씩 변화되는 것을 볼 수 있다. 펠릿의 기공율이 약 52%가 될 때까지 기공율이 증가함에 따라 수소 저장 특성도 서서히 증가하는 경향을 나타내며, 기공율이 약 62%을 정도가 되면 기공율이 약 52% 정도일 때에 비하여 수소 저장 특성이 오히려 약간 감소하는 것으로 나타났다. 이로부터 기공율에 따른 수소(H2)의 침투가 마그네슘계 수소화물 합성에 영향을 준다는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 실시예 2에 따라 자연발화연소를 이용하여 합성한 Mg2Ni 수소화물과, 비교예에 따라 볼 밀링 공정을 10분 동안 수행하여 얻어진 분말에 대한 X선 회절(X-ray diffraction; XRD) 그래프이다. 도 5에서 (a)는 실시예 2에 따라 반응로를 반응 개시온도인 400℃로 올려준 후 10분간 유지하면서 4MPa의 수소 압력을 조 성하여 Mg2Ni 수소화물을 합성한 경우에 대한 것이고, (b)는 도 5의 (a)에서 합성한 Mg2Ni 수소화물에 대하여 상온에서 0.1 기압으로 만들어 수소(H2)를 탈착한 경우에 대한 것이며, (c)는 비교예에 따라 마그네슘(Mg) 분말과 니켈(Ni) 분말을 10분 동안 볼밀링을 수행한 경우에 대한 것이다.
도 5를 참조하면, 비교예에 따라 마그네슘(Mg) 분말과 니켈(Ni) 분말을 10분 동안 볼밀링을 수행한 경우에는 Mg2Ni 합금이 형성되지 않았음을 확인할 수 있다. 그러나, 실시예 2에 따라 자연발화연소를 이용한 경우에는 Mg2Ni 수소화물이 합성되었음을 볼 수 있으며, 합성된 Mg2Ni 수소화물은 기압을 낮추어 수소를 탈착할 수도 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 실시예 2에 따라 반응로를 반응 개시온도인 400℃로 올려준 후 10분간 유지하면서 4MPa의 수소 압력을 조성하여 합성한 Mg2Ni 수소화물의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다. 도 7은 비교예에 따라 마그네슘(Mg) 분말과 니켈(Ni) 분말을 5시간 동안 볼밀링을 수행하여 Mg2Ni 합금을 제조한 경우에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 볼밀링을 이용하여 Mg2Ni 수소화물을 합성한 경우에는 입자의 크기가 불균일함을 볼 수 있고, 반면에 실시예 2에 따라 Mg2Ni 수소화 물을 합성한 경우에는 입자의 크기도 균일하며 볼밀링을 이용한 경우에 비하여 입자의 크기도 작음을 볼 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 마그네슘계 수소화물을 합성하기 위한 자연발화연소 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1에서 반응로에 주입된 아르곤(Ar)과 수소(H2)의 부피 비율에 따른 수소 저장 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3은 실시예 1에서 반응로에 주입된 수소(H2)의 압력에 따른 수소 저장 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 펠릿(pellet)의 기공율에 따른 수소 저장 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 실시예 2에 따라 자연발화연소를 이용하여 합성한 Mg2Ni 수소화물과, 비교예에 따라 볼 밀링 공정을 10분 동안 수행하여 얻어진 분말에 대한 X선 회절(XRD) 그래프이다.
도 6은 실시예 2에 따라 반응로를 반응 개시온도인 400℃로 올려준 후 10분간 유지하면서 4MPa의 수소 압력을 조성하여 합성한 Mg2Ni 수소화물의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 7은 비교예에 따라 마그네슘(Mg) 분말과 니켈(Ni) 분말을 5시간 동안 볼밀링을 수행하여 Mg2Ni 합금을 제조한 경우에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 반응로 20: 가열수단
30: 가스공급관 40: 가스배출관
50: 진공펌프 60: 진공게이지

Claims (8)

  1. 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말을 몰비로 2-X:X(여기서, X는 0<X≤1인 실수임)의 비율로 혼합한 혼합분말을 자연발화연소 장치의 반응로에 장입하는 단계;
    상기 반응로에 수소(H2) 가스를 공급하여 수소(H2) 압력이 0.1∼7MPa 범위를 이루도록 수소(H2) 압력을 조절하는 단계;
    마그네슘(Mg)과 전이금속의 반응 개시온도로 가열수단을 이용하여 가열하여 반응로 내부의 온도를 올려주는 단계; 및
    마그네슘(Mg)과 전이금속 간에 반응이 시작되고 반응 생성열에 의해 마그네슘계 수소화물의 합성이 일어나는 단계를 포함하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전이금속은 Ni, Cu, Fe, Co, Ag 및 La 중에서 선택된 1종 이상의 금속인 것을 특징으로 하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응 개시온도는 300∼1000℃이고, 상기 반응 개시온 도에서 10초∼10분 동안 반응로의 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응로에 수소를 공급할 때,
    반응속도 조절을 위해 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및 질소(N2) 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 비활성 가스를 상기 반응로에 공급하는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 비활성 가스와 수소(H2) 가스는 부피비(비활성 가스/수소 가스)로 0.01∼0.5 범위를 이루도록 공급하는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 마그네슘(Mg) 분말과 전이금속 분말의 혼합분말은,
    기공율이 10∼70% 범위를 이루도록 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘계 수소화물의 밀도, 수소 저장 능력 및 기계적 특성을 고려하여 상기 마그네슘(Mg) 분말은 평균 입도가 1∼100㎛이고, 상기 전이금속 분말은 평균 입도가 100㎚∼100㎛인 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네슘계 수소화물의 제조방법.
  8. 제1항에 기재된 방법에 의해 제조되고 수소를 가역적으로 흡수하고 탈착할 수 있는 마그네슘계 수소화물.
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