KR101217567B1 - 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금에 관한 것으로, 마그네슘과 티타늄의 비율이 Mg₈Ti₂이고, 니켈이 첨가원소로 첨가되며, 수소가압 기계적합금법으로 제조되는 과정에서 형성된 수소화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법은, 순도 99% 이상의 마그네슘, 티타늄 및 니켈을 절분의 형태로 준비하는 단계; 상기 마그네슘과 상기 티타늄을 조성비가 8:2가 되도록 혼합하고, 상기 니켈을 첨가하여 용기에 장입하는 단계; 상기 용기를 수소분위기로 가압하는 단계; 및 수소 가압 된 분위기에서 기계적 합금화 처리하는 단계;를 포함한다.
본 발명은, Mg-Ti 계 수소저장합금에 탈수소화 거동의 촉매역할을 하는 Ni을 첨가함으로써, 수소저장합금의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 수소가압 기계적합금법으로 제조되는 과정에서 형성된 수소화물을 포함하여 초기활성화 공정을 배제할 수 있는 효과가 있다. 나아가 본 발명은 기계적 합금법을 이용하여 Mg-Ti 계 수소저장합금을 제조함으로써, 합금화가 어려운 것으로 알려진 Ni이 첨가된 Mg-Ti 계 수소저장합금을 제조할 수 있다.

Description

마그네슘-티타늄 계 수소저장합금 및 그 제조방법{MAGNESIUM-TITANIUM BASED HYDROGEN STORAGE ALLOYS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 수소저장합금에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 Mg-Ti 계 수소저장합금에 관한 것이다.

오늘날의 산업 구조는 화석연료를 기반으로 발전해 왔으나 현재에는, 화석연료의 고갈 및 환경문제가 크게 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 친환경에너지원으로 알려진 수소에 대한 연구가 활발히 진행 중이며, 특히 선진국들을 중심으로 수소저장에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

현재 상용화된 방법으로는 저온 및 고압의 극한 조건에서 수소를 압축하여 고압용기에 저장하는 방법이 있는데, 경제성 및 안정성에 대한 문제로 인하여 많은 어려움이 있다. 따라서 안정한 수소화물을 형성하여 수소를 저장하는 수소저장합금에 대한 관심이 쏠리고 있다. 하지만, 수소저장합금을 상용화하기 위해서는 비교적 까다로운 제조 공정을 최적화해야 하고 높은 수소화/탈수소화 반응온도, 느린 반응속도, 초기 활성화처리의 어려움 등과 같은 요인들도 반드시 개선해야 한다.

우선, 수소저장체로 알려진 Mg은 수소와 더불어 이온성 수소화물을 형성함으로써 반응속도론적 문제를 야기하며, 산소와의 친화력이 강해 초기활성화가 어렵고 열화현상을 초래하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 이와 같은 문제점들을 개선하기 위해 Ni, Fe, Co등 전이원소의 첨가와 같은 합금설계와 기계적 합금화법과 같은 공정제어 기술 개발들이 다양하게 연구되고 있다.

한편, 순수 Ti는 약 4.0wt.%의 수소를 저장하며 관련합금들도 비교적 수소저장량이 큰 것으로 보고되고 있다. 수소화 특성 관점에서 보면 발열형 전이금속이기 때문에 Mg에 비해 비교적 저온에서 수소화/탈수소화 반응이 용이하며 TiNi, TiFe와 같은 관련 합금의 내구성도 우수한 것으로 보고되고 있다. 그러나 용융상태에서 산소와의 반응성이 강해 전통적인 용융법으로는 시료 제조가 어렵고, 산화물 형성으로 인하여 초기 수소화 반응속도가 매우 느리기 때문에 반복적인 활성화처리가 반드시 필요하다는 단점을 갖고 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수소거동특성이 뛰어나고 초기활성화 단계를 생략할 수 있는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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또한, 본 발명에 의한 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법은, 순도 99% 이상의 마그네슘, 티타늄 및 니켈을 절분의 형태로 준비하는 단계; 상기 마그네슘과 상기 티타늄을 조성비가 8:2가 되도록 혼합하고, 상기 니켈을 첨가하여 용기에 장입하는 단계; 상기 용기를 수소분위기로 가압하는 단계; 및 수소 가압 된 분위기에서 기계적 합금화 처리하는 단계;를 포함한다.

Mg-Ti 계 수소저장합금을 기계적 합금화법으로 제조하면, 합금화가 쉽게 이루어지고 미세구조 제어도 용이하다. 특히, 수소가압 분위기에서 기계적 합금법을 실시하면 수소화물이 형성됨에 따라서 수소화 거동이 향상된다. 기계적 합금법을 사용하여 제조된 수소저장합금은 나노화 혹은 비정질화되며, 이러한 입자크기 감소의 결과로 비표면적이 증가하고 수소 확산거리가 짧아지기 때문에 수소화 특성이 개선된다.

이때, 마그네슘과 티타늄을 혼합하기에 앞서, 절분형태의 마그네슘과 티타늄을 프리 밀링(pre-milling)하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 마그네슘과 티타늄을 프리 밀링하면, 분말 사이의 접촉 면적이 극대화되고 상호 확산거리를 최소화할 수 있기 때문에 합금화가 용이하다. 이러한 프리 밀링 단계는 24시간 이상 실시되어야 효과가 있으며, 그 상한은 특별히 제한되지 않지만 시간이 너무 길면 공정효율이 떨어지므로 적절한 선택이 필요할 것이다.

그리고 용기를 수소분위기로 가압하는 단계는 로터리 펌프를 이용하여 5× 10^-2torr이하로 진공 탈기한 뒤에 수소를 2.0MPa이상으로 가압하는 것이 바람직하다. 이때, 용기를 탈기하는 진공도가 5× 10^-2torr미만인 경우 수소 이외의 가스로 인하여 수소가압의 효과가 나타나지 않는 문제가 있으며, 진공도의 상한은 특별히 제한되지 않지만 진공도를 높일수록 공정효율이 떨어지기 때문에 적절한 선택이 필요하다. 그리고 수소를 2.0MPa미만으로 가압하는 경우 수소화물의 형성이 이루어지지 않는 문제가 있으며, 수소 가압의 상한은 특별히 제한되지 않지만 압력을 높일수록 공정효율에 문제가 생기므로 적절한 선택이 필요하다.

나아가 기계적 합금화 처리는 유성형 볼 밀법에 의해 이루어지는 것이 좋으며, 특히 200rpm이상의 회전속도로 72시간 이상 실시되는 것이 바람직하다. 회전속도가 200rpm미만이거나 수행시간이 72시간 미만인 경우에는 만족할 수준의 합금화가 이루어지지 않는 문제가 있으며, 회전속도와 수행시간의 상한에는 특별한 제한이 없지만 이들을 높일수록 공정효율이 감소하므로 적절한 제한이 필요할 것이다.

또한, 첨가되는 니켈의 양은 5~25wt%, 바람직하게는 20wt%인 것이 좋다. 니켈을 5wt%미만으로 첨가하면 Ni이 촉매역할을 하지 못하며, 25wt%이상 첨가하는 경우 수소를 저장하는 Mg와 Ti의 상대적 양이 감소하여 수소저장효율이 감소하는 문제가 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, Mg-Ti 계 수소저장합금에 탈수소화 거동의 촉매역할을 하는 Ni을 첨가함으로써, 수소저장합금의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 수소가압 기계적합금법으로 제조되는 과정에서 형성된 수소화물을 포함하여 초기활성화 공정을 배제할 수 있는 효과가 있다.

나아가 본 발명은 기계적 합금법을 이용하여 Mg-Ti 계 수소저장합금을 제조함으로써, 합금화가 어려운 것으로 알려진 Ni이 첨가된 Mg-Ti 계 수소저장합금을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장합금의 제조방법을 나타내는 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 실시예에 따라 제조된 시료의 수소화특성 및 반응속도평가에 사용되는 PCT장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따라 제조된 시료의 X-선 회절분석결과이다.
도 4는 본 실시예에 따라 제조된 시료의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 본 실시예에 따라 제조된 Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료의 EDS 이미지 맵핑 결과이다.
도 6은 본 실시예에 따라 제조된 Ni첨가된 시료의 열중량 분석 그래프이다.
도 7은 본 실시예에 따라 제조된 시료들의 PCI분석 결과 그래프이다.
도 8은 본 실시예에 따라 제조된 시료들의 열역학적 특성을 나타낸 그래프이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소저장합금의 제조방법을 나타내는 공정의 흐름도이다.

본 실시예에서는 먼저 99% 이상의 고순도를 갖는 Mg과 Ti 및 Ni을 드릴링 기계를 이용하여 절분(chip)을 제조하되, 절삭유는 배제하였다.

다음으로, Mg과 Ti 상호 간에 고용한계가 작은 것을 고려하여 Mg 절분과 Ti절분을 각각 24시간 동안 프리-밀링을 시행하였다. 프리-밀링은 분말 사이의 접촉면적을 극대화하고 상호 확산거리를 최소화하기 위한 것이다.

회수된 분말을 Mg:Ti의 원자비가 8:2가 되도록 혼합하고, Ni 절분을 0, 10, 20 wt%가 되도록 첨가한 뒤에 기계적 합금을 실시하였다.

기계적 합금은 유성형 볼밀(Planetary ball mill, PULVERISETTE-5, FRITSCH)을 사용하였으며, 밀링용기는 STS304재질로 제작하고 니들형 밸브를 장착하여 진공 및 가압 분위기를 유지할 수 있도록 하였다.

밀링용기에는 재료 분말과 절분 및 크롬 강구(AKS사 1/2인치)를 강구와 재료의 중량비가 30:1이 되도록 장입하였다. 그리고 로터리 펌프를 이용하여 5× 10^-2torr까지 진공 탈기한 후, 초기활성화 공정을 배제할 수 있는 금속수소화물을 얻고자 순도 99.9999%의 수소를 2.0MPa로 가압하였다.

기계적 합금공정을 200rpm의 회전속도로 72시간 동안 실시하여 형성된 시료에 대하여 다음의 물성을 측정하였다.

제조된 시료의 결정구조 분석을 위하여 Macscience Co.의 M18XHF-SRA X-선 회절분석기(XRD)를 사용하였다. 타깃은 1.5405Å의 CuKα를 사용하였고, 주사속도는 10 deg/min. 이었으며, 주사범위는 10~70°이었다.

시료의 입도 변화와 표면형상은 금 이온을 스퍼터링한 시료를 JEOL. Co.의 JSM-35CF 주사전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, EDS(energy dispersive spectroscopy) 이미지 맵핑을 통해 성분분포도를 관찰하였다.

시료의 탈수소화 특성과 Ni 첨가에 따른 효과를 확인하기 위하여 열질량분석(thermogravimetric analysis, TGA, SHIMADZU Co. TGA-50H)을 통하여 무게 감소에 따른 중량변화, 즉, 탈수소화 반응온도 및 반응속도론적인 경향을 분석하였다. 승온 조건은 1 K/min으로 하여 상온에서부터 773K까지로 한정하였다. Ar 가스를 30㎖/min 로 흘려주어 분위기 영향을 최소화하였다.

그리고 시료의 수소화 특성은 도 2에 나타낸 것과 같은 시버트 타입 자동 PCI(Pressure-Composition-Isotherm) 장비를 사용하여 측정하였으며, 수소화 특성평가 전에 수소가압형 합금화 공정에 의해 형성된 시료 내부의 수소를 제거하기 위하여 시료를 반응기 안에 넣고 673K에서 5× 10^-2torr의 진공을 유지하면서 15분간 탈수소화 처리를 한 후, 423, 473, 523, 573, 623, 673K에서 수소화 특성을 살펴보았다.

도 3은 본 실시예에 따라 제조된 시료의 X-선 회절분석결과이다.

Ni를 첨가하지 않고 Mg와 Ti만으로 합성한 시료의 경우, 고압의 수소 분위기 영향으로 MgH_x 및 TiH_x 등과 같은 수소화물들이 확인되었으며, 피크의 면적이 넓게 나타나 시료의 결정 구조가 나노화 혹은 비정질화되어 있는 것으로 판단된다. 따라서 본 실시예에 따라 제조된 수소저장합금은 기계적 합금화법을 통해 입자크기 감소가 감소하여 비표면적이 증가함으로써 수소 확산거리가 짧아지며, 이에 따라서 수소화 특성이 개선될 것으로 기대된다.

첨가물인 Ni의 양을 10wt%로 할 경우 Mg-Ni계 금속간화합물과 Ti-Ni계 금속간화합물을 바탕으로 하는 수소화물들의 피크가 등장하고, Ni가 20wt%로 증대되면 Mg-Ni, Ti-Ni 계 수소화물들의 피크가 조금 더 강해지는 것을 확인할 수 있다. 특히 10, 20wt%의 Ni이 첨가될 경우의 결정 특성은 2θ 값이 44~45°인 부근에서 Ti₂NiH_x의 수소화물이 존재하고 있는 것으로 나타났고, 상대적으로 MgH_x, Mg₂NiH_x 와 같은 Mg계 수소화물의 피크는 감소하는 것으로 나타났다.

이러한 XRD 분석 결과를 보면, Mg₈Ti₂계의 경우 색인이 불가능한 피크의 존재를 통해 새로운 상이 존재하는 것을 간접적으로 확인할 수 있으나, Ni가 첨가되고 그 양이 증대되면 상대적으로 합성이 용이한 Mg-Ni 혹은 Ti-Ni 계열의 공정상 혹은 금속간화합물이 우선적으로 만들어지고, 그러한 상들을 기지로 한 수소화물의 생성이 진행되어 가는 것으로 요약할 수 있다. 하지만, 수소화물의 생성 과정에서는 Ti-Ni계가 우선하며, Mg-Ni계 수소화물의 합성을 억제하는 것으로 나타났는데, 이는 Ti-Ni계 수소화물의 반응속도론적 특성이 Mg-Ni계에 비하여 우수하기 때문인 것으로 판단된다.

도 4는 본 실시예에 따라 제조된 시료의 표면형상을 나타내는 SEM 사진이다.

(a)는 Mg₈Ti₂ 시료이고, (b)는 Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료이며, (c)는 Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료의 사진이다.

Ni이 첨가되지 않은 시료의 경우, 미세 다공질 표면을 갖고 있는 미세입자들의 작은 군집체가 관찰되었으며, 그 크기는 약 10~50㎛ 정도로 분석되었다. 이러한 군집체들은 약 0.5~1.0㎛ 크기의 초미세 입자들로 구성되어 있었다.

한편, 10, 20wt%의 Ni이 첨가된 시료의 군집체는 약 200~400㎛ 정도의 크기를 갖는 것으로 나타났고, 이때의 군집체들은 약 1~20㎛ 크기의 입자들로 표면이 구성되어 있는 것으로 관찰되었다. 이는 연성과 전성이 풍부한 Ni이 첨가됨에 따라서 기계적 합금화 과정 중에 Ti-Ni, Mg-Ni계 공정상 혹은 금속간화합물이 합성되면서 비교적 큰 입자들이 형성되기 때문인 것으로 판단된다.

또한, 모든 시편의 표면에서 다량의 미세기공이 확인되었으며, 이는 입자크기의 감소로 인하여 시료들의 비표면적이 증가했기 때문인 것으로 판단된다.

도 5는 본 실시예에 따라 제조된 Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료의 EDS 이미지 맵핑 결과이다.

이에 따르면, Mg₈Ti₂, Mg₈Ti₂-10wt%Ni, Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료 모두에서 성분분포도가 비교적 균일한 것으로 분석되어 72시간의 기계적 합금화 시간이 적절함을 확인할 수 있었다.

도 6은 본 실시예에 따라 제조된 Ni첨가된 시료의 열중량 분석 그래프이다.

합금화 과정에서 흡수된 수소의 양은 탈수소화 시 무게의 변화량을 측정하여 계산하였다. 계산된 흡착 수소의 양은 Ni이 10wt% 첨가된 시료에서 2.45wt%이고, Ni이 20wt% 첨가된 시료에서 1.7wt%로 나타나, Ni의 첨가량이 증가됨에 따라서 탈수소화 양이 감소하는 것으로 나타났다.

그리고 탈수소화 개시온도는 Ni이 10wt% 첨가된 시료가 533K를 나타내고, Ni이 20wt% 첨가된 시료는 503K를 나타내어, 20 wt%의 Ni 첨가에 따른 효과가 약 30K 정도의 탈수소화 온도를 낮추는 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과는 Ni의 촉매 역할을 재확인하는 것이었다.

10, 20wt%의 Ni을 첨가할 경우 탈수소화에 따른 무게변화량이 측정되었으며, 이는 XRD 분석결과와 마찬가지로 Mg-Ni계 및 Ti-Ni계 복합수소화물이 존재하고 있는 것을 반증한다.

종래 연구에서 합금 내에 수소화물이 많이 형성되게 되면 탈수소화량이 증가하는 것으로 알려져 있다. 이는 합금 내에 Mg기 수소화물이 많이 형성되면, 안정한 수소화물인 β(MgH₂)상이 α(Mg) 및 α+β(Mg+MgH₂)상보다 많이 존재하게 되고, 온도 증가에 따라 주위의 열을 흡수하면서 β상에서 α 및 α+β상으로 상 분리가 활발하게 진행되기 때문인 것으로 예상된다.

따라서 본 실시예에 따라 제조된 시료들은 수소가압 분위기의 기계적 합금화 공정을 통해 초기에 합성된 복합수소화물 상이 많이 존재하기 때문에, 상 분리 반응된 수소의 양, 즉 무게감소가 많이 나타나는 것으로 판단된다. 또한, Ni가 결정구조의 나노화와 더불어 "협력 현상적인 탈수소화 과정" (coordinative dehydrogenation phenomena)에 기여하여 Mg계 수소저장합금의 최대 단점이 높은 탈수소화 온도(>25℃)를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

도 7은 본 실시예에 따라 제조된 시료들의 PCI분석 결과 그래프이다.

Mg₈Ti₂ 시료의 경우 수소화 반응에서 유효수소저장량의 구간이 되는 플래토(plateau)곡선이 423, 473K를 제외한 나머지 온도구간에 확인되었다. 이는 MgTi계 수소저장체는 고온용으로서의 성질을 갖으며, 압력을 상승하여도 수소흡착에 한계가 있음을 반증하며, 상용화 제품으로 개발하였을 시 최소 523K이상에서 사용하여야 함을 보여준다. Mg₈Ti₂ 시료의 경우 유효수소저장량이 약 5.0wt%로 573K의 온도조건에서 측정되었다. 이때의 수소압은 대기압의 거의 3배 정도였으며, 초기 수소흡착반응은 대기압보다 높은 압력인 0.3MPa에서부터 급격한 흡착 거동을 보였다. Mg₈Ti₂ 시료의 탈수소화 거동도 수소화 거동과 마찬가지로 423, 473K를 제외한 나머지 온도구간에서 플래토곡선을 확인할 수 있었다. 523, 573, 623, 673K의 온도조건에서는 흡착된 수소의 양만큼 수소가 모두 배출되었지만, 573K 온도에서는 α+β상의 상전이 영역인 플래토곡선이 대기압인 0.1MPa 근처에서 검출되었으므로 수소 직접 분사형 기기 등에서는 역화현상이 나타날 것으로 판단된다. 또한, 523K 온도에서는 흡착된 수소를 배출하려면 약 0.02MPa의 진공분위기가 필요한 것으로 확인되었다.

Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료의 수소화 반응 곡선을 분석해 보면 Mg₈Ti₂ 시료에 비하여 급격하게 수소 흡착량이 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라서 유효수소저장량이 상당히 감소하였다. 이는 Ni이 첨가되어 실질적으로 수소화물이 형성되는 Mg의 양이 상대적으로 감소함으로써 나타난 결과로 판단된다. Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료의 유효수소저장량이 최대로 측정된 온도구간은 673K였고, 이때의 저장량은 4.0wt%로 나타났다.

Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료는 유효수소저장량이 감소하는 반면에 Ni이 첨가된 결과로 473K에서의 탈수소화 반응곡선이 변화한 것을 관찰할 수 있다. Mg₈Ti₂ 시료의 경우 473K에서 1.5wt%의 탈수소화양을 보여 주지만, Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료는 1차로 1.0wt%의 탈수소화양을 보이고 0.5wt%의 2차 탈수소화 거동을 보였다. 이는 1차 탈수소화 거동은 종료되었으나, Ni첨가에 의하여 2차 탈수소화 거동이 유도된 것으로 판단된다.

Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료 역시 마찬가지로 423, 473K를 제외한 나머지 온도구간에서 α+β상의 영역인 플래토곡선이 검출되었으며, 가장 높은 유효수소저장량은 623K 온도 조건하에서 측정된 5.4wt.%였다. 수소저장체인 Mg의 함량이 Mg₈Ti₂ 및 Mg₈Ti₂-10wt%Ni에 비하여 상당히 많이 줄어들었음에도 불구하고 수소저장량이 최대로 나타난 이유는, Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료 제작과정에서 MgH_x, TiH_x이외에 복합수소화물상인 Mg₂NiH_x와 Ti₂NiH_x상이 상대적으로 많이 생성되어 수소저장량 감소를 효과를 상쇄한 것으로 판단된다. 상대적으로 Ni이 많이 첨가되었음에도 불구하고 423K에서는 탈수소화 반응이 거의 일어나지 않았기 때문에, 423K온도는 Mg₈Ti₂-20wt.%Ni 시료의 탈수소화 반응을 진행하기에는 낮은 온도인 것으로 판단된다. 그러나 473K 온도조건에서 흡착된 수소량에 대비한 탈수소화량은 거의 50% 정도로 검출되었고, 이는 Ni이 탈수소화 거동을 개선하는 촉매제 역할을 한 결과로 판단된다.

도 8은 본 실시예에 따라 제조된 시료들의 수소화 및 탈수소화 반응 각각의 플래토 평형압으로부터 반트호프 플롯(van't Hoff plot)을 계산하여 시료별 열역학적 특성을 나타낸 그래프이다.

(a)는 Mg₈Ti₂ 시료이고, (b)는 Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료이며, (c)는 Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료의 그래프이다.

Mg₈Ti₂ 시료의 경우, 수소화 과정에서는 523~673K의 비교적 고온범위에서 -55.02±6.47kJ/mol의 높은 반응열이 확인되었지만, 탈수소화 과정에서는 523~673K의 영역에서 -32.92±6.01 kJ/mol의 우수한 값을 보였다. 그러나 수소화 과정과 탈수소화 과정에서 상대적으로 큰 폭의 이력을 나타내어, 반복 사용 시에는 제한 요소가 될 수도 있을 것으로 예상된다.

Mg₈Ti₂-10wt%Ni 시료는 수소화 반응에서 423K와 473K를 제외한 온도 구간에서 -25.04±4.41 kJ/mol의 양호한 엔탈피 값을 보였다. 역반응 과정에서는 523K부터 평형압이 등장하여 비교적 고른 가역 구간을 형성함으로써 -35.00±6.68kJ/mol의 값이 확인되었다.

Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료는 수소화 반응에서 423K와 473K를 포함한 전 온도구간에서 평형압을 이용한 산출 기울기 값을 획득할 수 있었으며, 활성화 에너지값도 -59.87±7.72 kJ/mol의 매우 우수한 반응속도론적 특성을 나타내었다. 아울러 탈수소화 과정에서도 비록 523~673K 구간이지만 -30.17±4.20 kJ/mol 값이 확인되었다.

수소화/탈 수소화 반응 거동을 분석을 통하여 수소저장량이 가장 높고, 비교적 낮은 온도인 473K에서도 50%의 탈수소화 과정이 진행된 Mg₈Ti₂-20wt%Ni 시료가 가장 좋은 수소저장합금을 판단된다. 그러나 저온용 및 수소 직접 분사형 기기 등에 사용하기 위해서는 좀 더 개선의 여지가 남아있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

1. 순도 99% 이상의 마그네슘, 티타늄 및 니켈을 절분의 형태로 준비하는 단계;
   상기 마그네슘과 상기 티타늄을 조성비가 8:2가 되도록 혼합하고, 상기 니켈을 첨가하여 용기에 장입하는 단계;
   상기 용기를 수소분위기로 가압하는 단계; 및
   수소 가압 된 분위기에서 기계적 합금화 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마그네슘과 상기 티타늄을 혼합하기에 앞서, 절분형태의 상기 마그네슘과 상기 티타늄을 프리 밀링하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   절분형태의 상기 마그네슘과 상기 티타늄을 프리 밀링하는 단계가, 24시간 이상 실시되는 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 용기를 수소분위기로 가압하는 단계가, 로터리 펌프를 이용하여 5× 10^-2torr이하로 진공 탈기한 뒤에 수소를 2.0MPa이상으로 가압한 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 기계적 합금화 처리가, 유성형 볼 밀법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 유성형 볼 밀법이, 200rpm이상의 회전속도로 72시간 이상 실시되는 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 니켈이 첨가되는 양이 5~25wt%인 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 니켈이 첨가되는 양이 20wt%인 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금의 제조방법.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중에 하나의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 마그네슘-티타늄 계 수소저장합금.
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