KR101146309B1 - Hydrogen storage material and method for manufacturing the same - Google Patents

Hydrogen storage material and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR101146309B1
KR101146309B1 KR1020090090690A KR20090090690A KR101146309B1 KR 101146309 B1 KR101146309 B1 KR 101146309B1 KR 1020090090690 A KR1020090090690 A KR 1020090090690A KR 20090090690 A KR20090090690 A KR 20090090690A KR 101146309 B1 KR101146309 B1 KR 101146309B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen storage
storage material
hydride
mixed powder
yttrium
Prior art date
Application number
KR1020090090690A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110032928A (en
Inventor
심재혁
임재학
이영수
서진유
김동익
정우상
조영환
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020090090690A priority Critical patent/KR101146309B1/en
Publication of KR20110032928A publication Critical patent/KR20110032928A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101146309B1 publication Critical patent/KR101146309B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B6/00Hydrides of metals including fully or partially hydrided metals, alloys or intermetallic compounds ; Compounds containing at least one metal-hydrogen bond, e.g. (GeH3)2S, SiH GeH; Monoborane or diborane; Addition complexes thereof
    • C01B6/06Hydrides of aluminium, gallium, indium, thallium, germanium, tin, lead, arsenic, antimony, bismuth or polonium; Monoborane; Diborane; Addition complexes thereof
    • C01B6/10Monoborane; Diborane; Addition complexes thereof
    • C01B6/13Addition complexes of monoborane or diborane, e.g. with phosphine, arsine or hydrazine
    • C01B6/15Metal borohydrides; Addition complexes thereof
    • C01B6/19Preparation from other compounds of boron
    • C01B6/21Preparation of borohydrides of alkali metals, alkaline earth metals, magnesium or beryllium; Addition complexes thereof, e.g. LiBH4.2N2H4, NaB2H7
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

본 발명은 수소저장 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 수소저장재료는 리튬 붕소수소화물(LiBH4) 및 이트륨수소화물(yttrium hydride)을 포함한다. 이트륨수소화물은 YH2(yttrium dihydride) 및 YH3(yttrium trihydride)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물이다.The present invention relates to a hydrogen storage material and a method for producing the same. Hydrogen storage materials include lithium boron hydride (LiBH 4 ) and yttrium hydride. Yttrium hydride is one or more compounds selected from the group consisting of yttrium dihydride (YH 2 ) and yttrium trihydride (YH 3 ).

이트륨수소화물, 수소저장재료, 고에너지 볼밀링 Yttrium Hydride, Hydrogen Storage Materials, High Energy Ball Milling

Description

수소저장재료 및 그 제조 방법 {HYDROGEN STORAGE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Hydrogen storage material and its manufacturing method {HYDROGEN STORAGE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 수소저장재료 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리튬 붕소수소화물 및 이트륨수소화물을 포함하는 수소저장재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen storage material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a hydrogen storage material and a method for producing the lithium boron hydride and yttrium hydride.

수소는 고체 물질, 액체 물질 또는 기체 물질에 저장될 수 있다. 특히 고체 물질에 수소를 저장시키는 기술은 그 안정성 및 효율성에 있어서 액체물질 및 기체물질보다 우수하다.Hydrogen may be stored in a solid material, a liquid material or a gaseous material. In particular, the technique of storing hydrogen in solid materials is superior to liquid and gaseous materials in terms of stability and efficiency.

수소 저장용 금속착수소화물에 관한 연구는 1997년 Bogdanovic등[B. Bogdanovic & M. Schwickardi, "Ti-doped alkali metal aluminum hydrides as potential novel reversible hydrogen storage materials," Journal of Alloys & Compounds, 253-254 (1997) 1-9]에 의하여 나트륨알루미늄수소화물(NaAlH4)에 티타늄계 촉매를 소량 첨가하면 탈수소화반응 온도가 낮아지고 가역성도 향상된다는 사실이 알려진 이후 활발히 진행되어 왔다. 최근에는 연구의 초점이 금속알루미늄수 소화물(M(AlH4)n)보다 평균적으로 저장용량이 큰 금속붕소수소화물(M(BH4)n)로 옮겨지고 있다.A study on metal hydrides for hydrogen storage was published in 1997 by Bogdanovic et al. [B. A Bogdanovic & M. Schwickardi, "Ti- doped alkali metal aluminum hydrides as potential novel reversible hydrogen storage materials," Journal of Alloys & Compounds, 253-254 (1997) 1-9] , sodium aluminum hydride (NaAlH 4) by Since the addition of a small amount of titanium-based catalyst is known to lower the dehydrogenation temperature and improve the reversibility, it has been actively progressed. Recently, the focus of research has shifted to metal borohydride (M (BH 4 ) n ), which has a larger storage capacity on average than metal aluminum hydride (M (AlH 4 ) n ).

리튬 붕소수소화물 및 이트륨수소화물을 포함하는 수소저장재료를 제공하고자 한다. 전술한 수소저장재료의 제조 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY To provide a hydrogen storage material including lithium boron hydride and yttrium hydride. It is to provide a method for producing the above-described hydrogen storage material.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장재료는 리튬 붕소수소화물(LiBH4) 및 이트륨수소화물(yttrium hydride)을 포함한다. Hydrogen storage material according to an embodiment of the present invention includes lithium boron hydride (LiBH 4 ) and yttrium hydride (yttrium hydride).

본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장재료의 제조 방법은 i) 리튬 붕소수소화물 분말 및 이트륨수소화물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계, ii) 상기 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계, iii) 상기 반응 용기에 불활성가스 또는 수소가스를 충전하고, 상기 반응 용기를 밀폐하는 단계, 그리고 iv) 상기 혼합 분말을 고에너지 볼밀링하여 수소저장재료를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.Method for producing a hydrogen storage material according to an embodiment of the present invention comprises the steps of i) mixing lithium boron hydride powder and yttrium hydride powder to prepare a mixed powder, ii) the mixed powder and a plurality of balls in the reaction vessel Iii) filling the reaction vessel with an inert gas or hydrogen gas, sealing the reaction vessel, and iv) high energy ball milling the mixed powder to produce a hydrogen storage material. have.

혼합 분말을 제조하는 단계에서, 이트륨수소화물은 YH2와 YH3 두 종류가 존재하는데, 두 종류 모두 사용될 수 있다. 혼합 분말을 제조하는 단계에서, 이트륨수소화물에 대한 리튬 붕소수소화물의 몰비는 2 내지 8일 수 있다. 이트륨수소화물 분말에 대한 리튬 붕소수소화물 분말의 몰비는 실질적으로 4일 수 있다.In the step of preparing the mixed powder, there are two kinds of yttrium hydride YH 2 and YH 3 , both of which can be used. In the step of preparing the mixed powder, the molar ratio of lithium boron hydride to yttrium hydride may be 2 to 8. The molar ratio of lithium boron hydride powder to yttrium hydride powder can be substantially four.

혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계에서, 반응 용기는 공구강, 스테인레스강, 초경합금(WC-Co), 질화규소(Si3N4), 알루미나(alumina) 또는 지르코니아(zirconia)로 만들어질 수 있다. 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계에서, 볼은 공구강, 스테인레스강, 초경합금, 질화규소, 알루미나 또는 지르코니아로 만들어질 수 있으며 볼의 크기는 5mm 내지 30mm로 만들어질 수 있다. 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계에서, 혼합 분말에 대한 복수의 볼들의 중량비는 1 내지 100일 수 있다.In the step of introducing the mixed powder and the plurality of balls into the reaction vessel, the reaction vessel may be made of tool steel, stainless steel, cemented carbide (WC-Co), silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina or zirconia. Can be. In the step of introducing the mixed powder and the plurality of balls into the reaction vessel, the balls may be made of tool steel, stainless steel, cemented carbide, silicon nitride, alumina or zirconia and the size of the balls may be made from 5 mm to 30 mm. In the step of introducing the mixed powder and the plurality of balls into the reaction vessel, the weight ratio of the plurality of balls to the mixed powder may be 1 to 100.

수소저장재료를 제조하는 단계에서, 혼합 분말을 1시간 내지 24시간 동안 고에너지 볼밀링 할 수 있다. 수소저장재료를 제조하는 단계에서, 고에너지 볼밀링은 쉐이커밀(shaker mill), 진동밀(vibratory mill), 유성밀(planetary mill) 또는 어트리터밀(attritor mill)일 수 있다. In the step of preparing the hydrogen storage material, the mixed powder may be high energy ball milling for 1 to 24 hours. In the step of preparing the hydrogen storage material, the high energy ball mill may be a shaker mill, a vibratory mill, a planetary mill or an attritor mill.

수소저장재료에서 두 물질이 반응하여 수소를 방출하는 온도가 순수한 리튬 붕소수소화물의 탈수소화 반응 온도보다 낮다. 두 물질이 반응하여 생기는 탈수소생성물은 순수한 리튬 붕소수소화물의 탈수소 생성물에 비하여 낮은 온도와 수소 분압 하에서 수소화 반응이 일어난다. 제조 과정에서 촉매의 첨가 없이도 가역적인 수소 저장 특성이 나타나므로 촉매 첨가에 의한 수소 저장 용량의 감소가 없다.In a hydrogen storage material, the temperature at which two materials react to release hydrogen is lower than the dehydrogenation temperature of pure lithium borohydride. The dehydrogenation product produced by the reaction of two materials undergoes hydrogenation under low temperature and partial pressure of hydrogen compared to the dehydrogenation product of pure lithium borohydride. There is no reduction in hydrogen storage capacity due to the addition of the catalyst since reversible hydrogen storage properties are exhibited even without the addition of catalyst during the production process.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are added to have meanings consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장재료의 제조 방법을 순서에 따라 개략적으로 나타낸다.Figure 1 schematically shows a method for producing a hydrogen storage material according to an embodiment of the present invention in order.

도 1에 도시한 바와 같이, 수소저장재료의 제조 방법은, 혼합 분말을 제조하는 단계(S10), 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계(S20), 반응 용기에 불활성가스 또는 수소가스를 충전하고 밀폐하는 단계(S30), 그리고 혼합 분말을 고에너지 볼밀링하여 수소저장재료를 제조하는 단계(S40)를 포함한다. 전술한 각 단계들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.As shown in FIG. 1, in the method of manufacturing a hydrogen storage material, a step of preparing a mixed powder (S10), a step of putting the mixed powder and a plurality of balls into a reaction vessel (S20), an inert gas or hydrogen into the reaction vessel Filling and sealing the gas (S30), and high energy ball milling the mixed powder to produce a hydrogen storage material (S40). Each of the above-described steps will be described in detail as follows.

먼저, 단계(S10)에서는 혼합 분말을 제조한다. 혼합 분말은 리튬 붕소수소화물 분말 및 이트륨수소화물 분말을 포함한다. 혼합 분말에 다른 분말을 더 혼합할 수도 있다. 여기서, 이트륨수소화물 분말로서 YH2(yttrium dihydride) 또는 YH3(yttrium trihydride)를 사용할 수 있다.First, in step S10 to prepare a mixed powder. The mixed powder includes lithium boron hydride powder and yttrium hydride powder. Another powder may be further mixed with the mixed powder. Here, yttrium dihydride (YH 2 ) or yttrium trihydride (YH 3 ) may be used as the yttrium hydride powder.

이트륨수소화물 분말에 대한 리튬 붕소수소화물 분말의 몰비는 2 내지 8일 수 있다. 이트륨수소화물 분말에 대한 리튬 붕소수소화물 분말의 몰비가 너무 작을 경우, 중량이 무거운 이트륨수소화물의 비중이 커져 전체 수소 저장 용량이 감 소한다. 또한, 이트륨수소화물 분말에 대한 리튬 붕소수소화물 분말의 몰비가 너무 큰 경우, 수소화 반응의 가역성이 낮은 리튬 붕소수소화물의 비중이 커져 수소화 반응이 잘 일어나지 않는다. 바람직하게는, 이트륨수소화물 분말에 대한 리튬 붕소수소화물 분말의 몰비는 실질적으로 4일 수 있다.The molar ratio of lithium boron hydride powder to yttrium hydride powder may be 2-8. If the molar ratio of lithium boron hydride powder to yttrium hydride powder is too small, the specific gravity of the heavy yttrium hydride becomes large, thereby reducing the total hydrogen storage capacity. In addition, when the molar ratio of the lithium boride hydride powder to the yttrium hydride powder is too large, the specific gravity of the lithium boride hydride having low reversibility of the hydrogenation reaction becomes large, and the hydrogenation reaction does not occur easily. Preferably, the molar ratio of lithium boron hydride powder to yttrium hydride powder may be substantially four.

다음으로, 단계(S20)에서는 제조한 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입한다. 반응 용기와 볼은 공구강, 스테인레스강, 초경합금(WC-Co), 질화규소(Si3N4), 알루미나(alumina) 또는 지르코니아(zirconia)로 제조할 수 있다. 복수의 볼들 중에서 하나 이상의 볼의 직경은 5mm 내지 30mm일 수 있다. 볼의 직경이 너무 작은 경우, 볼밀링 강도가 낮아서 전술한 분말들의 화학 반응이 이루어지지 않는다. 또한, 볼의 직경이 너무 큰 경우, 볼밀링 강도가 너무 높아서 볼이나 용기의 재료, 예를 들면 철이 혼합 분말에 불순물로서 혼입될 수 있다. 따라서 볼의 직경을 전술한 범위로 유지한다.Next, in step S20, the prepared mixed powder and a plurality of balls are added to the reaction vessel. The reaction vessel and balls can be made of tool steel, stainless steel, cemented carbide (WC-Co), silicon nitride (Si 3 N 4 ), alumina or zirconia. One or more of the balls may have a diameter of 5 mm to 30 mm. If the diameter of the ball is too small, the ball milling strength is so low that no chemical reaction of the above-mentioned powders takes place. In addition, when the diameter of the ball is too large, the ball milling strength is so high that the material of the ball or the container, for example, iron, may be incorporated as impurities in the mixed powder. Therefore, the diameter of the ball is maintained in the above range.

단계(S20)에서 혼합분말에 대한 복수의 볼들의 중량비는 1 내지 100일 수 있다. 혼합 분말에 대한 복수의 볼들의 중량비가 너무 작은 경우, 볼밀링 강도가 낮아서 전술한 분말들의 화학반응이 이루어지지 않는다. 또한, 혼합 분말에 대한 복수의 볼들의 중량비가 너무 큰 경우, 볼밀링 강도가 너무 높아서 볼의 재료 또는 용기의 재료가 혼합 분말에 불순물로서 혼입될 수 있다.The weight ratio of the plurality of balls to the mixed powder in step S20 may be 1 to 100. If the weight ratio of the plurality of balls to the mixed powder is too small, the ball milling strength is low so that the above-described chemical reaction of the powders does not occur. In addition, when the weight ratio of the plurality of balls to the mixed powder is too large, the ball milling strength is so high that the material of the ball or the material of the container may be incorporated as impurities in the mixed powder.

단계(S30)에서는 반응 용기에 불활성 가스 또는 수소가스를 충전하고 반응 용기를 밀폐시킨다. 불활성 가스로는 아르곤, 질소 등을 사용할 수 있다. 다음의 단계(S40)에서 혼합 분말을 고에너지 볼밀링하므로, 고에너지 볼밀링에 따른 폭발을 방지하기 위해 불활성 가스를 반응 용기에 충전한다.In step S30, the reaction vessel is filled with inert gas or hydrogen gas and the reaction vessel is sealed. Argon, nitrogen, etc. can be used as an inert gas. Since high energy ball milling the mixed powder in the next step (S40), inert gas is charged to the reaction vessel to prevent explosion due to high energy ball milling.

단계(S40)에서는 전술한 혼합 분말을 고에너지 볼밀링하여 수소저장재료를 제조한다. 고에너지 볼밀링에 의해 혼합 분말을 균일하게 혼합시킨다. 고에너지 볼밀링은 쉐이커밀(shaker mill), 진동밀(vibratory mill), 유성밀(planetary mill) 또는 어트리터밀(attritor mill) 등을 이용하여 실시할 수 있다.In step S40, the above-described mixed powder is high-energy ball milled to produce a hydrogen storage material. The mixed powder is uniformly mixed by high energy ball milling. High energy ball milling may be performed using a shaker mill, a vibratory mill, a planetary mill, or an attritor mill.

혼합 분말은 1시간 내지 24시간 동안 고에너지 볼밀링할 수 있다. 고에너지 볼밀링 시간이 너무 짧은 경우, 리튬 붕소수소화물 분말과 이트륨수소화물 분말이 균일하게 분산되지 않는다. 반대로, 고에너지 볼밀링 시간이 너무 긴 경우, 볼의 재료 또는 용기의 재료가 혼합 분말에 불순물로서 혼입될 가능성이 높아지고 생산 효율이 저감된다.The mixed powder can be high energy ball milled for 1 to 24 hours. If the high energy ball milling time is too short, the lithium boron hydride powder and the yttrium hydride powder are not uniformly dispersed. Conversely, when the high energy ball milling time is too long, the possibility that the material of the ball or the material of the container is incorporated as impurities in the mixed powder becomes high and the production efficiency is reduced.

고에너지 볼밀링이 완료되면, 반응 용기를 열어서 반응 용기 내부의 가스를 제거한다. 그리고 전술한 기계적인 혼합 반응에 의해 생성된 수소저장재료를 밖으로 꺼낸다.When the high energy ball milling is complete, the reaction vessel is opened to remove the gas inside the reaction vessel. And the hydrogen storage material produced by the mechanical mixing reaction mentioned above is taken out.

전술한 방법을 통하여 제조된 수소저장재료는 리튬 붕소수소화물 및 이트륨수소화물을 포함한다. 여기서, 이트륨수소화물은 YH2 또는 YH3의 화학식을 가진다.Hydrogen storage materials prepared through the above-described method include lithium boron hydride and yttrium hydride. Here, yttrium hydride has a chemical formula of YH 2 or YH 3 .

하기의 화학식 1의 반응식에 의해서 탈수소화 반응 및 수소화 반응이 일어난다. 화학식 1에 나타낸 바와 같이, 수소저장재료를 가열하는 경우, 수소저장재료에 포함된 리튬 붕소수소화물과 이트륨수소화물이 상호 반응하여 리튬 수소화 물(LiH) 및 이트륨 붕화물(YB4)로 변환되면서 수소를 방출시킨다. 리튬붕소수소화물과 이트륨수소화물의 몰비가 4:1일때의 이론 수소저장 용량은 8.4wt%에 이른다.The dehydrogenation reaction and the hydrogenation reaction occur according to the following reaction formula (1). As shown in Formula 1, when the hydrogen storage material is heated, lithium boron hydride and yttrium hydride included in the hydrogen storage material react with each other to be converted into lithium hydride (LiH) and yttrium boride (YB 4 ). Release hydrogen. The theoretical hydrogen storage capacity is 8.4 wt% when the molar ratio of lithium boron hydride and yttrium hydride is 4: 1.

4LiBH4 + YH3 = 4LiH + YB4 + 7.5H2 4LiBH 4 + YH 3 = 4LiH + YB 4 + 7.5H 2

금속붕소수소화물 중에서는 리튬붕소수소화물이 많이 사용된다. 이론적으로, 리튬붕소수소화물은 하기의 화학식 2와 같은 탈수소화반응을 통해 13.9wt%의 수소를 방출한다.Among the metal borohydrides, lithium borohydride is often used. In theory, lithium borohydride releases 13.9 wt% of hydrogen through a dehydrogenation reaction such as the following Chemical Formula 2.

LiBH4 = LiH + B + 1.5H2 LiBH 4 = LiH + B + 1.5H 2

전술한 바와 같이, 리튬붕소수소화물은 이론적으로 상당히 큰 수소저장용량을 가진다. 그러나 탈수소화반응이 진행되는 온도가 400℃ 이상으로 높고 탈수소화반응 생성물을 수소화하여 리튬붕소수소화물을 다시 얻는데 600℃에서 150기압의 높은 온도 및 수소 압력이 필요하다. 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장재료의 수소방출온도는 낮고, 수소저장에 필요한 온도 및 수소 압력은 낮으며, 수소 저장 속도도 높다.As mentioned above, lithium borohydride has a theoretically large hydrogen storage capacity. However, the temperature at which the dehydrogenation proceeds is higher than 400 ° C. and the hydrogenation of the dehydrogenation reaction product to obtain lithium borohydride again requires a high temperature of 150 atm and a hydrogen pressure. On the other hand, the hydrogen emission temperature of the hydrogen storage material according to an embodiment of the present invention is low, the temperature and hydrogen pressure required for hydrogen storage is low, and the hydrogen storage rate is also high.

리튬 붕소수소화물에 이원계 금속수소화물 및 촉매로서 티타늄 염화물을 혼합한 후 고에너지 볼밀링하여 제조한 수소저장재료는 순수한 리튬 붕소수소화물에 비해 그 특성이 좋다. 그러나 이러한 수소저장재료의 수소방출온도는 여전히 400℃ 이상이고, 수소 저장 속도도 여전히 수십 시간으로서 느리다. 반면에, 본 발명 의 일 실시예에 따른 수소저장재료의 수소방출온도는 낮고, 수소 저장 속도도 높다.The hydrogen storage material prepared by mixing lithium boron hydride with binary metal hydride and titanium chloride as a catalyst and then high-energy ball milling has better properties than pure lithium borohydride. However, the hydrogen emission temperature of these hydrogen storage materials is still above 400 ° C., and the hydrogen storage rate is still slow for several tens of hours. On the other hand, the hydrogen emission temperature of the hydrogen storage material according to an embodiment of the present invention is low, the hydrogen storage rate is also high.

본 발명의 일 실시예에 따른 리튬붕소수소화물과 이트륨수소화물로 구성된 수소저장재료는 다음과 같은 성질을 가진다. 첫째, 고온에서 두 물질이 반응하여 수소를 방출하는 온도가 순수한 리튬붕소수소화물의 탈수소화 반응온도보다 낮다. 둘째, 두 물질이 반응하여 생기는 탈수소생성물은 순수한 리튬붕소수소화물의 탈수소 생성물에 비하여 낮은 온도와 수소분압 하에서 수소화 반응이 일어난다. 셋째, 제조과정에서 촉매의 첨가 없이도 가역적인 수소저장특성이 나타나 촉매첨가에 의한 수소저장 용량감소의 문제점이 없다. 본 발명의 일 실시예에서는 리튬붕소수소화물과 이트륨수소화물을 혼합한 후 고에너지 볼밀링하여 고르게 분산시키는 방법을 사용하여 수소저장재료를 제조함으로써 종래의 수소저장재료에 비하여 낮은 수소방출온도 및 향상된 가역성을 나타낼 수 있다.Hydrogen storage material consisting of lithium borohydride and yttrium hydride according to an embodiment of the present invention has the following properties. First, the temperature at which two materials react to release hydrogen at a high temperature is lower than the dehydrogenation temperature of pure lithium borohydride. Second, the dehydrogenation product produced by the reaction of two materials is hydrogenated under low temperature and hydrogen partial pressure as compared to the dehydrogenated product of pure lithium borohydride. Third, there is no problem of hydrogen storage capacity reduction due to the addition of the catalyst because the reversible hydrogen storage characteristics are shown even without the addition of a catalyst. In one embodiment of the present invention by producing a hydrogen storage material using a method of uniformly dispersed by high energy ball milling after mixing lithium borohydride and yttrium hydride, lower hydrogen emission temperature and improved than conventional hydrogen storage material It may indicate reversibility.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명에 대해 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through experimental examples. These experimental examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실험예Experimental Example

리튬 붕소수소화물 분말 및 이트륨수소화물 분말을 4:1의 몰비로 혼합하여 3g의 혼합 분말을 제조하였다. 다음으로, 공구강으로 제조된 반응용기에 혼합 분말을 투입하였다. 그리고 크롬강(Cr steel)으로 제조된 직경 12.7mm의 볼 13개와 직경 7.9mm의 볼 24개를 반응 용기에 투입하였다.Lithium borohydride powder and yttrium hydride powder were mixed in a molar ratio of 4: 1 to prepare 3 g of mixed powder. Next, the mixed powder was put into a reaction vessel made of tool steel. And 13 balls of diameter 12.7mm and 24 balls of diameter 7.9mm made of chromium steel (Cr steel) were put into the reaction vessel.

아르곤을 반응 용기에 충전한 후, 유성밀을 이용하여 650rpm의 회전 속도로 고에너지 볼밀링을 12시간동안 실시하여 수소저장재료를 제조하였다. 다음으로, 반응 용기를 오픈하여 용기 내부의 생성 가스를 제거하고, 제조한 수소저장재료를 반응 용기에서 꺼내었다.After argon was charged to the reaction vessel, hydrogen storage material was prepared by performing high energy ball milling for 12 hours using a planetary mill at a rotational speed of 650 rpm. Next, the reaction vessel was opened to remove the product gas inside the vessel, and the produced hydrogen storage material was taken out of the reaction vessel.

실험 결과Experiment result

수소저장재료의 성분 분석 실험Component Analysis Experiment of Hydrogen Storage Material

도 2는 본 발명의 실험예에 따라 제조한 수소저장재료의 X선 회절 실험 결과를 나타낸다. Figure 2 shows the results of the X-ray diffraction experiment of the hydrogen storage material prepared according to the experimental example of the present invention.

도 2의 X선 회절 패턴은 혼합 분말을 고에너지 볼밀링한 후 측정한 것이다. 회절 패턴은 고에너지 볼밀링 후에도 특별한 불순물의 혼입 없이 리튬 붕소수소화물과 이트륨수소화물이 비교적 안정적으로 존재함을 나타내었다. 다만, YH3(yttrium trihydride)로 대부분 구성되어 있던 이트륨수소화물의 일부가 고에너지 볼밀링을 거치면서 YH2(yttrium dihydride)로 변화되었다.The X-ray diffraction pattern of FIG. 2 is measured after high energy ball milling the mixed powder. The diffraction pattern showed that the lithium boron hydride and the yttrium hydride exist relatively stably even after high energy ball milling without the incorporation of special impurities. However, some of the yttrium hydride, which was mostly composed of yttrium trihydride (YH 3 ), was converted into yttrium dihydride (YH 2 ) through high energy ball milling.

수소 방출 속도 측정 실험Hydrogen Release Rate Measurement Experiment

도 3은 350℃, 3기압의 수소 분위기에서 제조된 수소 저장 재료의 시간에 따른 수소 방출 곡선을 나타낸다.Figure 3 shows the hydrogen release curve with time of the hydrogen storage material prepared in a hydrogen atmosphere of 350 ℃, 3 atmospheres.

도 3에 도시한 바와 같이, 약 4시간여의 잠복기를 거친 후 8시간까지 약 7 wt%의 수소가 방출되는 것을 확인할 수 있었다. 3기압의 수소 분위기에서 순수한 리튬 붕소수소화물의 수소 방출 온도가 약 470℃임을 감안한다면 제조된 수소 저장재료의 탈수소화 반응 온도의 큰 저감이 확인되었다.As shown in FIG. 3, it was confirmed that about 7 wt% of hydrogen was released until 8 hours after about 4 hours of incubation. Considering that the hydrogen release temperature of pure lithium boride hydride is about 470 ° C. in a hydrogen atmosphere of 3 atm, a great reduction in the dehydrogenation reaction temperature of the produced hydrogen storage material was confirmed.

탈수소화시킨 수소저장재료의 X선 회절 실험X-ray Diffraction Experiments on Dehydrogenated Hydrogen Storage Materials

도 4는 350℃, 3기압 수소 분위기에서 24시간 동안 탈수소화시킨 수소저장재료의 X선 회절 패턴을 나타낸다. 리튬 붕소수소화물과 이트륨수소화물이 소량 남아있지만 대부분의 반응 생성물이 이트륨붕화물(YB4)과 리튬수소화물(LiH)로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 제조된 수소저장재료의 탈수소화 반응이 진행됨을 확인할 수 있었다.Figure 4 shows the X-ray diffraction pattern of the hydrogen storage material dehydrogenated for 24 hours at 350 ℃, 3 atmospheres of hydrogen atmosphere. Although lithium borohydride and yttrium hydride remain in small amounts, it was confirmed that most of the reaction products were composed of yttrium boride (YB 4 ) and lithium hydride (LiH). That is, it was confirmed that the dehydrogenation reaction of the prepared hydrogen storage material proceeds.

수소화시킨 수소저장재료의 X선 회절 실험X-ray diffraction experiment of hydrogenated hydrogen storage material

도 5는 350℃, 3기압 수소 분위기에서 24시간의 탈수소화 반응 후 350℃, 90기압의 수소 분위기에서 24시간 동안 수소화시킨 재료의 X선 회절 패턴을 나타낸다.FIG. 5 shows an X-ray diffraction pattern of a material hydrogenated at 350 ° C. and 90 atm for 24 hours after dehydrogenation at 350 ° C. and at 3 atmospheres of hydrogen.

탈수소화 반응 생성물인 이트륨붕화물이 소량 관찰되기는 하지만 대부분 전술한 화학식 1의 역반응에 따른 수소화 반응에 의해 리튬 붕소수소화물과 이트륨수소화물로 변화됨을 확인할 수 있었다.Although a small amount of yttrium boride, a product of the dehydrogenation reaction, was observed, it was confirmed that most of the dehydrogenation reaction was changed to lithium boron hydride and yttrium hydride by the hydrogenation reaction according to the reverse reaction of Chemical Formula 1 described above.

전술한 바와 같이, 제조된 수소저장재료가 수소를 가역적으로 방출 및 저장하는 것을 확인하였다. 특히, 대부분의 리튬 붕소수소화물계 복합 수소저장재료가 촉매의 도움 없이는 가역적 수소화 반응이 어렵다는 사실을 감안하면 수소저장재료의 수소화 반응 가역성이 매우 우수함을 알 수 있었다.As described above, it was confirmed that the prepared hydrogen storage material reversibly releases and stores hydrogen. In particular, considering that most of the lithium borohydride-based composite hydrogen storage material is difficult to reversible hydrogenation without the aid of a catalyst, it was found that the hydrogen storage material is very reversible.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.Although the present invention has been described above, it will be readily understood by those skilled in the art that various modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the claims set out below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장재료의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a hydrogen storage material according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실험예에 따라 제조한 수소저장재료의 X선 회절 그래프이다.2 is an X-ray diffraction graph of a hydrogen storage material prepared according to an experimental example of the present invention.

도 3은 수소저장재료의 시간에 따른 수소 방출량을 나타낸 곡선이다.3 is a curve showing the amount of hydrogen released over time of the hydrogen storage material.

도 4는 탈수소화시킨 수소저장재료의 X선 회절 패턴이다.4 is an X-ray diffraction pattern of the dehydrogenated hydrogen storage material.

도 5는 수소 분위기에서 수소화시킨 수소저장재료의 X선 회절 패턴이다.5 is an X-ray diffraction pattern of a hydrogen storage material hydrogenated in a hydrogen atmosphere.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 촉매의 첨가 없이 리튬 붕소수소화물 분말 및 이트륨수소화물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계,Preparing a mixed powder by mixing lithium borohydride powder and yttrium hydride powder without adding a catalyst, 상기 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계,Injecting the mixed powder and the plurality of balls into a reaction vessel, 상기 반응 용기에 불활성가스 또는 수소가스를 충전하고, 상기 반응 용기를 밀폐하는 단계, 및Filling the reaction vessel with an inert gas or hydrogen gas, sealing the reaction vessel, and 상기 혼합 분말을 고에너지 볼밀링하여 수소저장재료를 제조하는 단계Manufacturing a hydrogen storage material by high energy ball milling the mixed powder 를 포함하고 Including 상기 이트륨수소화물은 YH2 및 YH3로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물이고, 상기 이트륨수소화물에 대한 상기 리튬 붕소수소화물의 몰비는 실질적으로 4이며,The yttrium hydride is at least one compound selected from the group consisting of YH 2 and YH 3 , the molar ratio of the lithium boron hydride to the yttrium hydride is substantially 4, 상기 수소저장재료를 제조하는 단계에서, 상기 혼합 분말을 1시간 내지 24시간 동안 고에너지 볼밀링하고,In the step of preparing the hydrogen storage material, high energy ball milling the mixed powder for 1 to 24 hours, 상기 혼합 분말과 복수의 볼들을 반응 용기에 투입하는 단계에서, 상기 복수의 볼들 중 하나 이상의 볼의 직경은 5mm 내지 30mm이고, 상기 혼합 분말에 대한 상기 복수의 볼들의 중량비는 1 내지 100인 수소저장재료의 제조 방법.In the step of introducing the mixed powder and the plurality of balls into the reaction vessel, the diameter of one or more of the plurality of balls is 5mm to 30mm, the weight ratio of the plurality of balls to the mixed powder is hydrogen storage of 1 to 100 Method of making the material. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020090090690A 2009-09-24 2009-09-24 Hydrogen storage material and method for manufacturing the same KR101146309B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090090690A KR101146309B1 (en) 2009-09-24 2009-09-24 Hydrogen storage material and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090090690A KR101146309B1 (en) 2009-09-24 2009-09-24 Hydrogen storage material and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110032928A KR20110032928A (en) 2011-03-30
KR101146309B1 true KR101146309B1 (en) 2012-05-21

Family

ID=43937600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090090690A KR101146309B1 (en) 2009-09-24 2009-09-24 Hydrogen storage material and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101146309B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101641686B1 (en) 2015-03-12 2016-07-29 한국생산기술연구원 Magnesium-nickel based nano powder for hydrogen storage alloys manufacturing apparatus and method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010018939A1 (en) 1998-10-07 2001-09-06 Alicja Zaluska Reversible hydrogen storage composition
KR20080036426A (en) * 2006-10-23 2008-04-28 주식회사 프로파워 Hydride compound using porous support material and hydrogen storage compound, and the method of preparing the same
KR100870528B1 (en) * 2004-03-26 2008-11-26 제너럴 모터즈 코오포레이션 Reversible hydrogen storage system and methods for use thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010018939A1 (en) 1998-10-07 2001-09-06 Alicja Zaluska Reversible hydrogen storage composition
KR100870528B1 (en) * 2004-03-26 2008-11-26 제너럴 모터즈 코오포레이션 Reversible hydrogen storage system and methods for use thereof
KR20080036426A (en) * 2006-10-23 2008-04-28 주식회사 프로파워 Hydride compound using porous support material and hydrogen storage compound, and the method of preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110032928A (en) 2011-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sandrock et al. Alkali metal hydride doping of α-AlH3 for enhanced H2 desorption kinetics
EP1025040B1 (en) Method of fabrication of complex alkali metal hydrides
Gasiorowski et al. Hydriding properties of nanocrystalline Mg2− xMxNi alloys synthesized by mechanical alloying (M= Mn, Al)
Ismail et al. Effects of NbF5 addition on the hydrogen storage properties of LiAlH4
Janot et al. Influence of crystallinity on the structural and hydrogenation properties of Mg2X phases (X= Ni, Si, Ge, Sn)
US6387152B1 (en) Process for manufacturing nanocrystalline metal hydrides
Xuanhui et al. Enhanced hydrogen storage performance for MgH 2–NaAlH 4 system—the effects of stoichiometry and Nb 2 O 5 nanoparticles on cycling behaviour
El-Eskandarany et al. Superior catalytic effect of nanocrystalline big-cube Zr2Ni metastable phase for improving the hydrogen sorption/desorption kinetics and cyclability of MgH2 powders
US6793909B2 (en) Direct synthesis of catalyzed hydride compounds
El-Eskandarany et al. Bulk nanocomposite MgH2/10 wt%(8 Nb2O5/2 Ni) solid-hydrogen storage system for fuel cell applications
JP4602926B2 (en) Method for producing alloy powder
KR101146309B1 (en) Hydrogen storage material and method for manufacturing the same
KR101001946B1 (en) Hydrogen storage material and method of forming the same
Charbonnier et al. Hydrogenation Properties of Mg83. 3Cu7. 2Y9. 5 with Long Period Stacking Ordered Structure and Formation of Polymorphic γ-MgH2
Goto et al. Effect of synthesis pressure on hydride phases in Mg–M systems (M= Mn, Y)
US20110091352A1 (en) Light metal solid solution alloys for hydrogen storage
Konstanchuk et al. Hydriding properties of mechanically alloyed icosahedral phase Ti45Zr38Ni17
Vaichere et al. Synthesis of MgH2 and Mg2FeH6 by reactive milling of Mg-based mixtures containing fluorine and iron
KR100661497B1 (en) Method for catalyzing metal aluminium hydride with transition metal silicide
US8084386B2 (en) Method for producing a hydrogen storage material
KR101064259B1 (en) Hydrogen storage material and method for manufacturing the same
Song et al. Evaluation of the metal-added Mg hydrogen storage material and comparison with the oxide-added Mg
KR101208047B1 (en) Hydrogen storage material and method for manufacturing the same
Chen et al. Influence of TiC catalyst on absorption/desorption behaviors and microstructures of sodium aluminum hydride
JP2007289877A (en) Hydrogen storage material, manufacturing method thereof and hydride compound material

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150430

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee