KR101234854B1 - A method of thermal analysis for gas storing medium and a equipment of thermal analysis for gas storing medium - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체의 특성을 분석하기 위한 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치에 관한 것이다. 이는 정해진 부피를 가진 반응기 내부에 시료가 배치되도록 하고, 반응기 내부로 대상 기체가 공급되도록 하여, 시료의 온도, 대상 기체의 압력, 시료와 시료에 흡착되거나 흡수된 대상 기체의 조성비 사이의 상관관계를 산출하게 되는 P-C-T측정기구를 구비하고, 정해진 저장압력과 저장온도에서 대상 기체가 상기 시료에 흡착되거나 흡수되도록 한 후, 반응기 내부에 상기 시료가 배치된 상태에서 설정온도에 도달한 시료를 정해진 속도로 가열하면서 대상 기체가 시료로부터 방출되도록 하되, 시료의 온도에 따른 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산출하여 시료에 흡착되거나 흡수되는 대상 기체에 대한 열분석이 수행될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치는, 시료의 외기(外氣) 노출없이 시료에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체에 대한 각종 특성 분석과 열분석이 하나의 장치 내에서 정밀하고 정확하게 이루어지는 한편, 수소에너지 저장매체로 사용되는 수소저장합금의 물리화학적 특성이나 열역학적 특성에 대한 정밀분석에도 사용되어 분자수준의 미세구조에서의 수소 저장 특성이 파악될 수 있도록 한다.The present invention relates to a method for thermal analysis of a gas storage medium and an apparatus for analyzing the gas storage medium for analyzing the characteristics of a predetermined type of target gas adsorbed or absorbed by a sample. This allows the sample to be placed inside the reactor with a defined volume and allows the target gas to be fed into the reactor, thereby correlating the relationship between the temperature of the sample, the pressure of the target gas, and the composition ratio of the sample gas adsorbed to or absorbed by the sample. Comprising a PCT measuring device to calculate, the target gas is adsorbed or absorbed by the sample at a predetermined storage pressure and storage temperature, and then the sample reaches the set temperature at a predetermined rate with the sample disposed inside the reactor While the target gas is to be released from the sample while heating, by calculating the evolution rate (evolution rate) of the target gas according to the temperature of the sample, it is characterized in that the thermal analysis for the target gas adsorbed or absorbed in the sample can be performed.
The thermal analysis method of the gas storage medium and the gas storage medium analysis apparatus of the present invention made as described above, the various characteristics analysis and heat analysis of a specific type of target gas adsorbed or absorbed in the sample without exposing the outside air of the sample While the analysis is precise and accurate in one device, it is also used for the precise analysis of the physicochemical and thermodynamic properties of the hydrogen storage alloy used as the hydrogen energy storage medium to identify the hydrogen storage characteristics at the molecular level of microstructure. To help.

Description

기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치{A method of thermal analysis for gas storing medium and a equipment of thermal analysis for gas storing medium}A method of thermal analysis for gas storing medium and a equipment of thermal analysis for gas storing medium}

본 발명은 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 시료의 외기(外氣) 노출없이 시료에 흡착되거나 흡수되는 정해진 종류의 대상 기체에 대한 각종 특성 분석과 열분석이 하나의 장치 내에서 정밀하고 정확하게 이루어지는 한편, 수소에너지 저장매체로 사용되는 수소저장합금의 물리화학적 특성이나 열역학적 특성에 대한 정밀분석에도 사용되어 분자수준의 미세구조에서의 수소 저장 특성이 파악될 수 있도록 하는 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a thermal analysis method for a gas storage medium and an analysis apparatus for a gas storage medium, and more particularly, to analyze various characteristics of a predetermined type of target gas adsorbed or absorbed by a sample without exposing the sample to outside air. While overheating analysis is precise and accurate in one device, it is also used for the precise analysis of the physicochemical and thermodynamic properties of hydrogen storage alloys used as a hydrogen energy storage medium. The present invention relates to a thermal analysis method of a gas storage medium and an apparatus for analyzing the gas storage medium to be grasped.

현재 각종 화석연료의 고갈과 지구적 규모의 환경오염에 대한 우려에 따라 각종 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있고, 국내에서도 정부차원의 저탄소 녹색성장 산업 활성화 전략과 핵심기술의 국산화 전략에 따라 기술개발이 활발하게 이루어지고 있는 추세인데, 이와 같은 기술개발의 일환으로 높은 열효율과 용이한 전기 환원성을 가진 무공해 자원인 수소를 에너지원으로 사용하는 기술개발도 현재 활발하게 진행되고 있다.

이와 같은 수소는 압축가스, 액체수소, 고체의 형태로 저장되어 에너지원으로 사용될 수 있다. 특히, 수소가 고체의 형태로 저장될 시 에너지 효율이 가장 높은데, 이에 따라 금속 수소화합물(hydride)형태로 수소를 저장하는 수소저장합금의 개발이나 이와 같은 수소저장합금을 이용한 Ni-MH 2차 전지, 수소연료전지, 수소정화장치, 히트 펌프를 이용한 냉난방장치, 압축기, 수송장치, 수소자동차용 연료탱크, 폐열회수장치, 액추에이터 등의 개발이 현재 활발하게 진행되고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 수소저장합금은 수소 저장 용량이 부족하여 각종 기계장치의 상용연료나 전기전자장치의 상용에너지원으로 사용하기 어려운 점이 있었으므로, 현재 수소에너지 개발분야에서는 수소 저장 용량이 큰 수소저장합금의 개발이 주요한 과제로 대두되고 있는 실정이다.
여기서, 수소저장합금의 개발은 각종 소재로 이루어지는 수소저장합금의 특성을 측정하고 산출하여 고용량의 수소 저장에 적합한 합금소재를 선정하고 생성시키는 과정으로 이루어지는데, 이와 같은 수소저장합금의 특성을 측정하고 산출하기 위한 장치로서 P-C-T측정기구가 일반적으로 사용되었던, 이와 같은 P-C-T측정기구는 정해진 부피를 가진 반응기 내부에 배치되는 정해진 종류의 수소저장합금에 있어서, 온도, 압력, 수소저장합금 내 수소기체의 조성비 간 상관관계를 산출하여 온도, 압력, 조성 간의 관계가 P-C-T (Pressure-Composition-Temperature) 곡선으로 도시화되도록 하게 된다.

한편, P-C-T측정기구 이외의 TGA(ThermoGravimetric Analysis) 장치, DSC(Differencial Scanning Calorimeter) 장치, TDS(Thermal Desorption Spectrometer) 장치 등이 수소저장합금의 특성을 측정하고 산출하기 위해 이용되는데, TGA 장치는 수소저장합금과 같이 수소화합물 시료를 일정 속도로 가열하면서 수소화합물 시료로부터 방출되는 수소에 의해 수소화합물 시료의 질량이 감소되기 시작하는 온도를 측정하여 해당 수소화합물 시료의 열역학적 안정성(thermodynamic stability)을 확인하게 되는 장치이다.
그리고, DSC 장치는 수소화합물 시료의 발열반응이나 흡열반응이 시작되는 온도와 엔탈피 값(ΔH)을 검출하여 수소화합물 시료의 열역학적 특성을 확인하게 되는 장치이다.
여기서, 상기 TGA 장치와 DSC 장치는 상기의 P-C-T 측정기구에 배치되어 수소를 일정량 저장하게 되는 수소화합물 시료를 해당 TGA 장치나 DSC 장치로 이동시켜 분석을 수행해야 했다. 이에 따라 수소화합물 시료가 외기(外氣)에 노출되게 되므로, 이동과정에서 외부물질과의 화학반응이 일어나지 않도록 하기 위하여 불활성기체 분위기의 글로브 박스(glove box)를 별도로 구비하여 글로브 박스 내에서 수소화합물 시료의 이동이 수행되도록 해야 하는 번거로움이 있었으며, 수소화합물 시료의 이동에 따라 작업시간도 지연되는 문제점이 있었다.

또한, TDS 장치는 수소화합물 시료를 일정속도로 가열할 시 수소화합물 시료에 흡착된 수소의 방출량을 측정하여 수소화합물 시료의 열역학적 특성을 확인하게 되는 장치인데, 수소화합물 시료에 흡착된 수소의 방출량과 방출속도를 분석하기 위하여 별도의 질량 분석기(mass analyzer)를 구비하고, TDS 장치와 질량 분석기를 높은 진공상태에서 연결해야 하는 번거로움이 있었다.

한편, 수소저장합금에서와 같이 수소와 같은 대상 기체가 고압 상태에서 흡착되거나 흡수되어 저장되는 시료의 특성 분석을 위한 측정장치와 관련하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0658642호 "고압 기체 저장량 측정방법 및 이에 관한 측정장치"가 안출되어 있다.
상기 "고압 기체 저장량 측정방법 및 이에 관한 측정장치"는 고압 기체 흡착장치의 밸브시스템에서 비어있는 시료관의 부피와 시스템 부피를 측정한 후 시료관에 시료를 넣고 헬륨기체를 도입하여 압력 변화 차이로부터 시료의 부피와 시료를 제외한 시료관의 부피를 측정한 후 측정기체의 흡착량을 측정하는 방법을 제공하는 한편, 안전사고 예방을 위하여 고압 가스통으로부터 일정량의 기체를 충전하기 위한 1차 버퍼실린더와 이 버퍼실린더로부터 측정에 필요한 압력만큼 기체를 유입받아 채우기 위해 사용하는 2차 버퍼실린더 등 2개 이상의 실린더와, 고진공상태나 고압 조건에서도 기체가 새지 않고 기체의 흐름을 기체의 흐름을 개폐하는 스테인레스 재질의 기체 유압식 밸브와, 수소가스의 흡장을 막기 위해 스테인레스 재질로 만들어진 관과, 진공부터 고압조건까지 흡착에 의한 기체의 압력변화를 정확히 측정하기 위해 0에서 200기압 범위에서 압력측정범위별로 2개 이상의 압력센서를 사용하는 장치를 제공하는 기술이다.

그러나, 상기 "고압 기체 저장량 측정방법 및 이에 관한 측정장치"는 TGA 장치, DSC 장치, TDS 장치와 달리 시료의 물리화학적 특성 분석이나 열역학적 특성 분석을 수행할 수 없는 한계가 있었다.
Currently, various alternative energy developments are actively progressed due to the depletion of various fossil fuels and environmental pollution on a global scale. This is a trend that is being actively performed, as part of the development of the technology, the development of a technology that uses hydrogen as an energy source, which is a pollution-free resource with high thermal efficiency and easy electrical reduction, is also actively underway.

Such hydrogen can be stored in the form of compressed gas, liquid hydrogen, solids and used as an energy source. In particular, when hydrogen is stored in the form of a solid, the energy efficiency is the highest. Accordingly, the development of a hydrogen storage alloy storing hydrogen in the form of a metal hydride or a Ni-MH secondary battery using such a hydrogen storage alloy The development of hydrogen fuel cells, hydrogen purifiers, air conditioners using heat pumps, compressors, transportation devices, fuel tanks for hydrogen vehicles, waste heat recovery systems, and actuators is currently underway.
However, since the hydrogen storage alloys developed to date have insufficient hydrogen storage capacity, it is difficult to use them as commercial fuels for various machinery and commercial energy sources for electric and electronic devices. Therefore, hydrogen has a large hydrogen storage capacity in the field of hydrogen energy development. Development of storage alloys has emerged as a major challenge.
Here, the development of the hydrogen storage alloy consists of measuring and calculating the properties of the hydrogen storage alloy made of various materials to select and produce an alloy material suitable for high capacity hydrogen storage. The PCT measuring instrument, which has been generally used as a device for calculating, is a temperature, pressure and composition ratio of hydrogen gas in the hydrogen storage alloy in a predetermined type of hydrogen storage alloy disposed inside a reactor having a predetermined volume. The interrelationship is calculated so that the relationship between temperature, pressure, and composition can be plotted on a Pressure-Composition-Temperature (PCT) curve.

On the other hand, TG (ThermoGravimetric Analysis) devices, differential scanning calorimeter (DSC) devices, and thermal desorption spectrometer (TDS) devices are used to measure and calculate the characteristics of hydrogen storage alloys. The thermodynamic stability of the hydride sample is confirmed by measuring the temperature at which the mass of the hydride sample begins to decrease by the hydrogen released from the hydride sample while heating the hydride sample at a constant rate, such as an alloy. Device.
In addition, the DSC apparatus detects the temperature and enthalpy value (ΔH) at which the exothermic reaction or endothermic reaction of the hydrogen compound sample starts, and confirms the thermodynamic characteristics of the hydrogen compound sample.
Here, the TGA device and the DSC device had to be moved to the TGA device or the DSC device for analysis of the hydrogen compound sample disposed in the PCT measuring instrument to store a certain amount of hydrogen. Accordingly, since the hydrogen compound sample is exposed to the outside air, in order to prevent chemical reactions with external substances during the migration process, a glove box in an inert gas atmosphere is separately provided to provide a hydrogen compound in the glove box. There was a hassle that the movement of the sample to be carried out, there was a problem that the working time is also delayed in accordance with the movement of the hydrogen compound sample.

In addition, the TDS apparatus checks the thermodynamic characteristics of the hydrogen compound sample by measuring the amount of hydrogen adsorbed on the hydrogen compound sample when the hydrogen compound sample is heated at a constant rate. In order to analyze the release rate, a separate mass analyzer was provided, and the TDS device and the mass analyzer had to be connected in a high vacuum.

On the other hand, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0658642 "Measurement of high-pressure gas storage amount in relation to the measuring device for the characteristic analysis of the sample in which the target gas, such as hydrogen is adsorbed or absorbed in the high pressure state, as stored in the hydrogen storage alloy Method and measuring device therefor. ''
The "high pressure gas storage measuring method and a measuring device therefor" is to measure the volume and system volume of the empty sample tube in the valve system of the high-pressure gas adsorption apparatus, and then put the sample in the sample tube and introduce a helium gas from the pressure change difference A primary buffer cylinder and a primary buffer cylinder for filling a certain amount of gas from a high pressure gas cylinder for preventing a safety accident are provided. Two or more cylinders, such as a secondary buffer cylinder, used to receive and fill gas at the required pressure from the buffer cylinder, and stainless steel that opens and closes the flow of the gas without leaking under high vacuum or high pressure conditions. Gas hydraulic valves, pipes made of stainless steel to prevent the intake of hydrogen gas, From ball is a technique to provide a device that uses at least two pressure sensors for each pressure measurement range in the range of 0 to 200 atm in order to accurately measure the pressure change of the gas by adsorption to a high pressure condition.

However, unlike the TGA apparatus, the DSC apparatus, and the TDS apparatus, the "high pressure gas storage measuring method and measuring apparatus therefor" has a limitation in that it is impossible to perform physicochemical or thermodynamic characterization of a sample.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 정해진 부피를 가진 반응기 내부에 시료가 배치되고, 발열기구가 구비되어 반응기 내부가 가열될 수 있음에 따라, 시료의 온도, 대상 기체의 압력, 시료와 시료에 흡착되거나 흡수되는 대상 기체의 조성비 사이의 상관관계(P-C-T 곡선) 뿐만 아니라, 시료에 대한 물리화학적 특성과 열역학적 특성도 하나의 장치구성 내에서 분석될 수 있도록 하는 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 반응기의 내부를 가열하는 발열기구의 구비로 시료가 별도의 이동없이 반응기 내부에 배치된 상태에서 물리화학적 특성 분석이나 열역학적 특성 분석을 위한 실험이 수행될 수 있음에 따라 시료의 이동이 요구되었던 종래의 TGA 장치, DSC 장치, TDS 장치에 비해 작업시간이 단축되고, 분석의 정밀도도 향상되는 새로운 형태의 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치를 제공함에 목적이 있다.

특히, 본 발명은 수소에너지 저장매체로 사용되는 수소저장합금의 분석에 적용되어 수소저장합금에 대한 P-C-T 특성 분석뿐만 아니라, 수소저장합금의 물리화학적 특성 분석이나 열역학적 특성 분석도 발열기구를 부가한 P-C-T측정기구에 의해 일괄적으로 수행될 수 있도록 하는 새로운 형태의 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치를 제공함에 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 수소저장합금의 물리화학적 특성이나 열역학적 특성이 정밀하고 정확하게 분석되고, 이를 통해 분자수준의 미세구조에서의 수소 저장 특성이 파악될 수 있도록 하는 새로운 형태의 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치를 제공함에 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, the sample is placed inside the reactor having a predetermined volume, the heating device is provided, the inside of the reactor can be heated, the temperature of the sample, the pressure of the target gas, the sample and Thermal analysis method of a gas storage medium that allows not only the correlation (PCT curve) between the composition ratio of the target gas adsorbed or absorbed to the sample, but also the physicochemical and thermodynamic properties of the sample can be analyzed within a single device configuration. An object of the present invention is to provide an analysis device for a gas storage medium.

In addition, the present invention is provided with a heating device for heating the inside of the reactor in the state that the sample is disposed inside the reactor without a separate movement, the experiment for physicochemical characterization or thermodynamic characteristic analysis can be carried out as the movement of the sample It is an object of the present invention to provide a thermal analysis method of a gas storage medium and a gas storage medium analyzing device, which has a shorter working time and improved analysis accuracy than conventional TGA, DSC and TDS devices. .

In particular, the present invention is applied to the analysis of the hydrogen storage alloy used as a hydrogen energy storage medium, as well as PCT characteristics analysis of the hydrogen storage alloy, physicochemical and thermodynamic characteristics analysis of the hydrogen storage alloy is added PCT with a heating mechanism It is an object of the present invention to provide a thermal analysis method of a gas storage medium and a gas storage medium analyzing apparatus which can be performed collectively by a measuring instrument.

In addition, the present invention is a thermal analysis method of a gas storage medium of a new type to be able to accurately and accurately analyze the physicochemical or thermodynamic characteristics of the hydrogen storage alloy, through which the hydrogen storage characteristics at the molecular level microstructure And an analyzer for analyzing the gas storage medium.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 시료에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체의 특성을 분석하기 위한 방법에 있어서, 정해진 부피를 가진 반응기 내부에 상기 시료가 배치되도록 하고, 상기 반응기 내부로 상기 대상 기체가 공급되도록 하여, 상기 시료의 온도, 상기 대상 기체의 압력, 상기 시료와 상기 시료에 흡착되거나 흡수된 상기 대상 기체의 조성비 사이의 상관관계를 산출하게 되는 P-C-T측정기구를 구비하고, 정해진 저장압력과 저장온도에서 상기 대상 기체가 상기 시료에 흡착되거나 흡수되도록 한 후, 상기 반응기 내부에 상기 시료가 배치된 상태에서 설정온도에 도달한 상기 시료를 정해진 속도로 가열하면서 상기 대상 기체가 상기 시료로부터 방출되도록 하되, 상기 시료의 온도에 따른 상기 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산출하여 상기 시료에 흡착되거나 흡수되는 상기 대상 기체에 대한 열분석이 수행될 수 있도록 한다.

이와 같은 기체 저장매체의 열분석 방법에서 상기 시료는 마그네슘이고, 상기 대상 기체는 수소이되, 상기 마그네슘이 정해진 저장압력과 저장온도에서 상기 수소를 흡착하거나 흡수하여 마그네슘 수소화합물(MgH₂)이 생성되도록 하는 단계와; 상기 마그네슘 수소화합물을 설정온도까지 자연냉각시키고, 상기 마그네슘 수소화합물이 배치된 상기 반응기 내부압력을 제1설정압력으로 맞추는 단계와; 상기 반응기를 정해진 속도로 가열하되, 상기 반응기 내부압력이 제2설정압력에 도달할 시 상기 반응기 내부를 개방시켜 상기 반응기 내부압력이 다시 제1설정압력이 되도록 하는 과정을 반복하여 상기 마그네슘 수소화합물로부터의 수소 방출이 완료되도록 하는 단계를 거쳐 상기 시료의 온도에 따른 상기 대상 기체의 방출율(evolution rate)이 측정되도록 한다. 여기서, 상기 정해진 저장압력과 저장온도는 25atm와 643K이고, 상기 설정온도는 523K이며, 제1설정압력과 제2설정압력은 0.1atm과 0.2atm이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 시료에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체의 특성을 분석하기 위한 장치에 있어서, 상기 대상 기체와 정해진 종류의 불활성기체가 이동하는 관로를 제공하는 기체 공급관체와; 상기 기체 공급관체와 연결되는 밀폐된 내부공간을 가져 상기 대상 기체와 불활성기체의 유출입이 이루어지고, 상기 내부공간에 시료가 배치되는 반응기와; 상기 기체 공급관체의 관로 상의 정해진 지점에 각각 설치되어 정해진 구간의 관로를 개폐시키게 되는 다수개의 개폐용 밸브와; 상기 반응기의 내부공간을 가열하기 위한 발열기구와; 상기 반응기의 내부온도, 내부압력을 측정하기 위한 측정센서와; 상기 반응기, 개폐용 밸브, 발열기구, 측정센서의 작동을 제어하고, 상기 측정센서로부터 상기 반응기의 내부온도와 내부압력 정보를 입력받게 되는 컨트롤러를 포함하여, 상기 대상 기체의 물리화학적 특성이나 열역학적 특성을 분석하게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치에서 상기 기체 공급관체는 상기 대상 기체를 상기 반응기로 공급하게 되는 대상 기체 유입로와; 상기 불활성기체를 상기 반응기로 공급하게 되는 불활성기체 유입로와; 상기 반응기 내부의 기체가 자연배출되는 기체 배출로 및; 상기 반응기의 내부압력을 강하시키기 위하여 상기 반응기 내부의 기체가 강제배출되도록 하는 기체 흡입로를 가지되, 상기 대상 기체 유입로, 불활성기체 유입로, 기체 배출로, 기체 흡입로는 다수개의 상기 개폐용 밸브에 의해 독립적으로 형성되어 운용되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치에서 상기 대상 기체 유입로 상에는 버퍼 실린더와 저장탱크가 설치되도록 하고, 상기 기체 흡입로에는 진공펌프가 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치에서 상기 반응기의 내부공간과 연통되게 설치되어 상기 반응기의 내부공간 압력을 조절하게 되는 압력조절기가 상기 기체 공급관체 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치에서 상기 컨트롤러는 상기 시료의 온도에 따른 상기 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산출하여 상기 시료에 흡착되거나 흡수되는 상기 대상 기체에 대한 열분석이 수행하게 되는 열분석 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치에서 상기 대상 기체는 수소이고, 상기 시료는 수소저장합금인 것을 특징으로 한다.
According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a method for analyzing the characteristics of a predetermined type of target gas adsorbed or absorbed in a sample, the sample is placed inside a reactor having a predetermined volume and And supplying the target gas into the reactor to calculate a correlation between the temperature of the sample, the pressure of the target gas, and the composition ratio of the sample and the target gas adsorbed or absorbed by the sample. And having the target gas adsorbed to or absorbed by the sample at a predetermined storage pressure and a storage temperature, and heating the sample having reached a set temperature at a predetermined rate while the sample is disposed inside the reactor. The target gas is to be released from the sample, the target group according to the temperature of the sample In so that they can be a thermal analysis for the target gas performed by calculating the release rate (evolution rate) to be adsorbed or absorbed by the sample.

In the thermal analysis method of the gas storage medium, the sample is magnesium, and the target gas is hydrogen, and the magnesium adsorbs or absorbs the hydrogen at a predetermined storage pressure and storage temperature to generate magnesium hydrogen compound (MgH₂). Steps; Naturally cooling the magnesium hydrogen compound to a set temperature, and adjusting the internal pressure of the reactor in which the magnesium hydrogen compound is disposed to a first set pressure; The reactor is heated at a predetermined speed, and when the internal pressure of the reactor reaches the second set pressure, the process of opening the inside of the reactor so that the internal pressure of the reactor becomes the first set pressure is repeated from the magnesium hydrogen compound. The evolution of the target gas may be measured according to the temperature of the sample by the step of completing the hydrogen emission of the sample. Here, the predetermined storage pressure and storage temperature are 25atm and 643K, the set temperature is 523K, the first set pressure and the second set pressure is 0.1atm and 0.2atm.

According to another feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a device for analyzing the characteristics of a predetermined type of target gas adsorbed or absorbed in a sample, the target gas and a predetermined type of inert gas is moved A gas supply pipe providing a conduit; A reactor having an enclosed internal space connected to the gas supply pipe to allow the target gas and the inert gas to flow in and out, and to place a sample in the internal space; A plurality of opening and closing valves which are respectively installed at predetermined points on the pipeline of the gas supply pipe to open and close the pipeline of the predetermined section; A heating device for heating the inner space of the reactor; A measurement sensor for measuring an internal temperature and an internal pressure of the reactor; Physical and chemical properties or thermodynamic characteristics of the target gas, including a controller for controlling the operation of the reactor, the opening and closing valve, the heating mechanism, the measuring sensor, and receives the internal temperature and internal pressure information of the reactor from the measuring sensor It will be characterized in that the analysis.

The gas supply pipe in the analysis device for a gas storage medium according to the present invention includes a target gas inlet path for supplying the target gas to the reactor; An inert gas inlet path for supplying the inert gas to the reactor; A gas discharge path through which the gas inside the reactor is naturally discharged; In order to lower the internal pressure of the reactor having a gas inlet passage for forced discharge of the gas inside the reactor, the target gas inlet, inert gas inlet, gas discharge, gas inlet and a plurality of the opening and closing It is characterized in that it is formed and operated independently by a valve.

In such an analysis device for a gas storage medium according to the present invention, a buffer cylinder and a storage tank are installed on the target gas inlet path, and a vacuum pump is connected to the gas suction path.

In the analysis device for a gas storage medium according to the present invention is installed in communication with the internal space of the reactor is characterized in that the pressure regulator for adjusting the internal space pressure of the reactor is installed on the gas supply pipe.

In the apparatus for analyzing a gas storage medium according to the present invention, the controller calculates an evolution rate of the target gas according to the temperature of the sample to perform thermal analysis on the target gas adsorbed or absorbed by the sample. It is characterized by having a thermal analysis algorithm.

In the apparatus for analyzing a gas storage medium according to the present invention, the target gas is hydrogen, and the sample is a hydrogen storage alloy.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치는, 시료의 외기(外氣) 노출없이 시료에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체에 대한 각종 특성 분석과 열분석이 하나의 장치 내에서 정밀하고 정확하게 이루어져 분석장비 구축을 위한 비용이 절감되고, 분석작업에 걸리는 시간이 단축되는 효과가 있다.

특히, 본 발명의 기체 저장매체의 열분석 방법 및 기체 저장매체의 분석장치는 수소저장합금에 대한 물리화학적 특성이나 열역학적 특성 분석에도 사용될 수 있어 높은 활용성을 가질 뿐만 아니라, 수소저장합금 내 수소의 구조적 특성과 물리화학적 특성 및 열역학적 특성이 높은 정밀도와 정확성으로 분석되어 분자수준의 미세구조에서의 수소 저장 특성이 파악될 수 있음에 따라, 고용량의 수소저장합금 개발의 방향설정에 기여할 수 있고, 이로써 수소저장합금 개발을 활성화시킬 수 있게 된다.
The thermal analysis method of the gas storage medium and the gas storage medium analysis apparatus of the present invention made as described above, the various characteristics analysis and heat analysis of a specific type of target gas adsorbed or absorbed in the sample without exposing the outside air of the sample The analysis is precise and accurate in one device, reducing the cost of building the analysis equipment and reducing the time required for analysis.

In particular, the thermal analysis method of the gas storage medium and the gas storage medium analysis apparatus of the present invention can be used in the physical and thermodynamic characteristics analysis of the hydrogen storage alloy not only has high utility, but also As structural, physicochemical and thermodynamic properties are analyzed with high precision and accuracy, hydrogen storage characteristics can be identified at the molecular level, thus contributing to the development of high capacity hydrogen storage alloys. Hydrogen storage alloy development will be activated.

도 1은 등록특허공보 등록번호 제10-0658642호의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 5는 시그마 알드리치에서 제조된 마그네슘 1g 시료를 1.0 K/min의 가열속도로 700K까지 가열하면서 분석된 온도-수소방출율 열 스펙트럼;
도 6은 시그마 알드리치에서 제조된 마그네슘 1g 시료의 초기 수소 흡수량을 4.46wt%로 일정하게 하고 가열속도를 1.0~3.0 K/min 범위에서 달리하면서 분석된 온도-수소방출율 열 스펙트럼이다.1 is a view for showing the configuration of the registered Patent Publication No. 10-0658642;
2 is a block diagram showing the configuration of an analysis device for a gas storage medium according to the present invention;
3 is a view showing the configuration of an analysis apparatus for a gas storage medium according to a first embodiment of the present invention;
4 is a view showing the configuration of an analysis apparatus for a gas storage medium according to a second embodiment of the present invention;
5 is a temperature-hydrogen emission rate thermal spectrum analyzed while heating a magnesium 1g sample prepared by Sigma Aldrich to 700K at a heating rate of 1.0 K / min;
FIG. 6 is a temperature-hydrogen emission rate thermal spectrum analyzed with a constant initial hydrogen uptake of 4.46 wt% and a heating rate ranging from 1.0 to 3.0 K / min in a magnesium 1 g sample prepared by Sigma Aldrich.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 기체 저장매체의 열분석 방법이나 기체 저장매체의 분석장치, 수소저장합금, P-C-T 곡선, P-C-T측정기구 등로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석방법은 시료(1)에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체의 특성을 분석하기 위한 것이다. 여기서, 시료(1)로는 금속소재를 포함한 다양한 소재가 사용될 수 있다. 그리고, 대상 기체는 시료(1)에 흡착되거나 흡수되어 저장되는 기체를 지칭한다.
이와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석방법은 먼저, P-C-T측정기구를 구비하여 정해진 저장압력과 저장온도에서 대상 기체가 시료(1)에 흡착되거나 흡수되도록 한다.
여기서, P-C-T측정기구는 정해진 부피를 가진 반응기(20)를 가져 반응기(20) 내부에 시료(1)가 배치되도록 하는 한편, 반응기(20) 내부로 대상 기체가 공급되도록 한다. 그리고, 반응기(20) 내부로 공급되는 대상 기체의 압력을 조절하거나, 반응기(20) 내부에 배치되는 시료(1)의 온도를 조절하면서 시료(1)의 온도(T), 대상 기체의 압력(P), 시료(1)와 시료(1)에 흡착되거나 흡수된 대상 기체의 조성비(C) 사이의 상관관계(P-C-T곡선)를 산출하게 된다.
한편, P-C-T측정기구에는 반응기(20) 내부를 가열하여 반응기(20) 내부에 배치되는 시료(1)의 온도를 상승시키게 되는 발열기구(40)가 부가적으로 설치된다.
이와 같이 발열기구(40)가 부가적으로 설치된 P-C-T측정기구의 반응기(20) 내부에 시료(1)가 배치된 상태에서 시료(1)가 정해진 설정온도에 도달하게 되면, 시료(1)를 정해진 속도로 가열하면서 대상 기체가 시료(1)로부터 방출되도록 한다.
여기서, 시료(1)로부터 방출되는 대상 기체의 방출량을 밀폐된 반응기(20) 내부에 설치된 압력센서(54)를 통해 측정되는 반응기(20) 내부압력변화를 통해 산출하고, 이를 시간으로 미분함으로써 시료(1)의 온도에 따른 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산정하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석방법은 온도별 대상 기체의 방출율을 산정함으로써 시료(1)에 흡착되거나 흡수된 대상 기체가 시료(1)의 온도 상승에 따라 방출될 시 대상 기체의 방출속도에 해당되는 방출율과 온도 간 상관관계를 파악할 수 있게 된다.
이와 같은 온도와 대상 기체의 방출율의 상관관계를 열 스펙트럼으로 가시화하면 곡선 형태로 나타나는데, 이를 분석함으로써 시료(1)에 흡착되거나 흡수되는 대상 기체에 대한 열분석이 수행될 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석방법은 기체 저장매체의 분석장치(100)를 통해 구현되므로, 다음에서 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)의 구성을 상세히 설명한 후, 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석방법이 수소저장합금에 적용되는 것을 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치의 구성을 보여주기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)는 기체 공급관체(10), 반응기(20), 개폐용 밸브(30), 측정센서(50), 컨트롤러(60)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

기체 공급관체(10)는 대상 기체와 정해진 종류의 불활성기체가 이동하는 관로를 제공하는 관체이다. 여기서, 불활성기체는 대상 기체가 시료(1) 이외의 타물질과 반응하지 않도록 하기 위하여 제공되는 것이다.
이와 같은 기체 공급관체(10)는 대상 기체 유입로(11), 불활성기체 유입로(12), 기체 배출로(13), 기체 흡입로(14)를 가지는데, 대상 기체 유입로(11)는 대상 기체를 반응기(20)로 공급하게 되는 관로이고, 불활성기체 유입로(12)는 불활성기체를 반응기(20)로 공급하게 되는 관로이며, 기체 배출로(13)는 반응기(20) 내부의 기체가 자연배출되도록 하는 관로이고, 기체 흡입로(14)는 진공펌프(70)가 연결되어 반응기(20) 내부의 기체가 강제배출되도록 하는 관로로서 반응기(20)의 내부압력을 정해진 수치로 강하시킬 수 있게 된다.
이와 같은 대상 기체 유입로(11), 불활성기체 유입로(12), 기체 배출로(13), 기체 흡입로(14)는 다수개가 구비되어 기체 공급관체(10)의 관로 상의 정해진 지점에 각각 배치되는 개폐용 밸브(30)의 선택적인 개폐동작에 따라 독립적으로 형성되어 운용되게 된다.

반응기(20)는 기체 공급관체(10)와 연결되는 밀폐된 내부공간을 가지는 용기로서, 대상 기체와 불활성기체의 유출입이 이루어지는 한편, 내부공간에 시료(1)가 배치되게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 반응기(20)는 발열기구(40)를 구비하여 노(瀘:furnace) 기능도 수행할 수 있게 된다.

개폐용 밸브(30)는 기체 공급관체(10)의 관로 상의 정해진 지점에 각각 설치되어 정해진 구간의 관로를 개폐시키게 된다. 이와 같은 개폐용 밸브(30)에 의해 기체 공급관체(10)에 형성되는 대상 기체 유입로(11), 불활성기체 유입로(12), 기체 배출로(13), 기체 흡입로(14) 중에서 선택된 관로가 개방되면 나머지 관로는 폐쇄되면서 요구되는 기체 유동이 실현될 수 있게 된다.

발열기구(40)는 반응기(20)의 내부공간을 가열하기 위한 것으로, 이와 같은 발열기구(40)은 컨트롤러(60)에 의해 제어되면서 반응기(20)의 내부온도를 조절하거나, 반응기(20)의 내부온도 상승속도나 반응기(20)의 내부온도 하강속도 등을 조절하게 된다.

측정센서(50)는 반응기(20)의 내부온도, 내부압력을 측정하기 위한 것으로, 이와 같은 측정센서(50)는 온도센서(52)와 압력센서(54)로 이루어질 수 있다.

컨트롤러(60)는 반응기(20), 개폐용 밸브(30), 발열기구(40), 측정센서(50)의 작동을 제어하게 되는 것으로, 측정센서(50)로부터 반응기(20)의 내부온도와 내부압력 정보를 입력받게 된다. 이와 같은 컨트롤러(60)는 시료(1)의 온도, 대상 기체의 압력을 입력받고, 반응기(20) 내부압력변화를 통해 시료(1)와 시료(1)에 흡착되거나 흡수된 대상 기체의 조성비를 산출하여 시료(1)의 온도, 대상 기체의 압력, 시료(1)와 시료(1)에 흡착된 대상 기체의 조성비 간의 상관관계(P-C-T 곡선)를 파악하는 한편, 온도 별 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산출하여 시료에 대한 물리화학적 특성이나 열역학적 특성을 파악하게 된다.
이를 위하여 컨트롤러(60)는 시료(1)의 온도에 따른 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산출하여 시료(1)에 흡착되거나 흡수되는 대상 기체에 대한 열분석이 수행하게 되는 열분석 알고리즘을 구비하게 된다.

도 3과 도 4는 수소저장합금의 분석에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)가 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)는 시료(1)인 수소저장합금이 반응기(20)의 내부에 배치되고, 기체 공급관체(10)의 대상 기체 유입로(11)와 불활성기체 유입로(12)가 반응기(20)와 연통되게 형성되어 수소기체와 헬률기체가 반응기(20) 내부로 유입될 수 있도록 한다.
그리고, 반응기(20)의 내부와 연통되는 기체 공급관체(10)의 기체 흡입로(14)의 반대측 끝단에 진공펌프(70)가 연결되어 반응기(20)의 내부에 수용된 기체가 흡입될 수 있도록 함으로써 반응기(20)의 내부압력이 조절될 수 있도록 한다.
또한, 기체 공급관체(10)의 대상 기체 유입로(11) 상에는 버퍼 실린더(80)와 저장탱크(82)가 설치되는데, 이에 따라 고압 상태로 외부에서 공급되는 수소기체가 버퍼 실린더(80)와 저장탱크(82)에 수용된 후 반응기(20)의 내부로 유입됨으로써 순간적인 수소기체 유입에 인한 수소기체의 폭발 등이 방지될 수 있도록 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)를 사용하여 수소저장합금에 대한 열분석을 수행하는 방법은 다음과 같다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)는 시료(1)로서 마그네슘 1g을 사용하는데, 이와 같은 마그네슘은 미리 수행되는 수소의 흡수-방출 반응을 통해 활성화된 것이 사용된다.

이와 같은 마그네슘은 반응기(20)의 내부에 배치된 상태에서 정해진 저장압력과 저장온도에서 수소를 흡착하여 마그네슘 수소화합물(MgH₂)으로 생성되는데, 정해진 저장압력과 저장온도를 맞추기 위하여 정해진 저장압력의 수소기체가 유입되는 대상 기체 유입로(11)가 개방되고, 반응기(20)에 설치되는 발열기구(40)가 컨트롤러(60)에 의해 제어되면서 발열하여 저장온도를 맞추게 된다. 여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)를 사용한 분석방법에서 저장압력과 저장온도는 25atm와 643K로 설정된다.
다음으로, 상기에서 생성된 마그네슘 수소화합물을 설정온도까지 자연냉각시키고, 마그네슘 수소화합물이 배치된 반응기 내부압력을 제1설정압력으로 맞추게 된다. 여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)를 사용한 분석방법에서 설정온도와 제1설정압력은 523K와 0.1atm로 설정된다.
그리고, 발열기구(40)를 작동시켜 반응기(20)를 정해진 속도로 가열{linear heating}하게 되는데, 반응기(20)의 가열로 인해 마그네슘 수소화합물의 온도가 상승하게 되면 특정 온도시점에서 마그네슘 수소화합물 내 수소가 급격하게 방출되면서 반응기(20) 내부압력이 상승하게 되고, 이 과정에서 반응기(20) 내부압력이 제2설정압력에 도달하게 되면, 개폐용 밸브(309)인 V9를 개방하여 반응기(20)의 내부가 개방되도록 함으로써 반응기(20) 내부압력이 다시 제1설정압력이 되도록 한다. 반응기(20) 내부압력이 제1설정압력에 도달하면 개폐용 밸브(309)인 V9는 다시 폐쇄시킨다. 여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)를 사용한 분석방법에서 제2설정압력은 0.2atm로 설정된다.
상기와 같이 제1설정압력 상태에서 반응기(20)를 가열하여 제1설정압력에 도달할 시 다시 반응기(20)의 압력을 강하시켜 제1설정압력 상태로 만든 후, 다시 반응기(20)를 가열하는 과정을 반복하면서 마그네슘 수소화합물로부터의 수소 방출이 완료되도록 하는데, 이 과정을 거치면서 마그네슘 수소화합물의 온도에 따른 수소의 방출율(evolution rate)이 측정되게 된다.
여기서, 마그네슘 수소화합물로부터 방출되는 수소의 방출량은 밀폐된 반응기(20) 내부에 설치된 압력센서(54)를 통해 측정되는 반응기(20) 내부압력변화를 통해 산출되는데, 이를 시간으로 미분함으로써 수소의 방출율(evolution rate)을 산정하게 된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)는 반응기(20)의 내부공간과 연통되게 설치되어 반응기(20)의 내부공간 압력을 조절하게 되는 압력조절기(90)가 기체 공급관체(10) 상에 설치되는 한편, 분석장치(100)가 컨트롤러(60)에 의해 자동으로 제어되면서 작동하는 것이다.
이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)에서는 반응기(20)의 내부압력 조절이 진공펌프(70)와 압력조절기(90)에 의해 자동으로 이루어지게 되고, 수소의 방출율이 정확하게 산출될 수 있으며, 분석실험을 위한 시간이 절약되게 된다.
이와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)를 사용하여 수소저장합금에 대한 열분석을 수행하는 방법은 본 발명의 제1실시예에 따른 기체 저장매체의 분석장치(100)에서와 동일하다.

한편, 도 5와 도 6에는 본 발명의 제2실시예에 따른 기체 저장매체 분석장치(100)를 이용하여 마그네슘 수소화합물의 물리화학적 특성을 분석한 열 스펙트럼이 도시되어 있는데, 도 5는 시그마 알드리치에서 제조된 마그네슘 1g 시료를 1.0 K/min의 가열속도로 700K까지 가열하면서 분석된 온도-수소방출율 열 스펙트럼이고, 도 6은 시그마 알드리치에서 제조된 마그네슘 1g 시료의 초기 수소 흡수량을 4.46wt%로 일정하게 하고 가열속도를 1.0~3.0 K/min 범위에서 달리하면서 분석된 온도-수소방출율 열 스펙트럼이다.

이와 같은 온도-수소방출율 열 스펙트럼을 분석함으로써 분자수준의 미세구조에서의 수소 저장 특성이 파악할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4. On the other hand, in the drawings and detailed description on the structure and operation that can be easily understood by those skilled in the art from the thermal analysis method of the general gas storage medium or the analysis device of the gas storage medium, hydrogen storage alloy, PCT curve, PCT measuring instrument, etc. Illustrations and references are briefly or omitted. In the drawings and specification, there are shown in the drawings and will not be described in detail, and only the technical features related to the present invention are shown or described only briefly. Respectively.

The analysis method of the gas storage medium according to the present invention is for analyzing the characteristics of a predetermined type of target gas adsorbed or absorbed by the sample (1). Here, the sample 1 may be used a variety of materials including a metal material. In addition, the target gas refers to a gas that is adsorbed or absorbed by the sample 1 and stored.
The analysis method of the gas storage medium according to the present invention, first, to provide a PCT measuring mechanism to the target gas is adsorbed or absorbed in the sample (1) at a predetermined storage pressure and storage temperature.
Here, the PCT measuring instrument has a reactor 20 having a predetermined volume so that the sample 1 is disposed inside the reactor 20, while the target gas is supplied into the reactor 20. The temperature T of the sample 1 and the pressure of the target gas are adjusted while adjusting the pressure of the target gas supplied into the reactor 20 or adjusting the temperature of the sample 1 disposed inside the reactor 20. P), the correlation (PCT curve) between the sample 1 and the composition ratio C of the target gas adsorbed or absorbed by the sample 1 is calculated.
On the other hand, the PCT measuring mechanism is additionally provided with a heating mechanism 40 for heating the inside of the reactor 20 to increase the temperature of the sample 1 disposed inside the reactor 20.
As such, when the sample 1 reaches a predetermined set temperature in a state in which the sample 1 is disposed inside the reactor 20 of the PCT measuring device in which the heating device 40 is additionally installed, the sample 1 is determined. The target gas is released from the sample 1 while heating at a rate.
Here, the discharge amount of the target gas discharged from the sample 1 is calculated through the change in the internal pressure of the reactor 20 measured by the pressure sensor 54 installed inside the closed reactor 20, and the sample is differentiated by time. The evolution rate of the target gas according to the temperature of (1) is calculated.
As described above, the method of analyzing the gas storage medium according to the present invention calculates the release rate of the target gas for each temperature to release the target gas when the target gas adsorbed or absorbed in the sample 1 is released as the temperature of the sample 1 rises. Correlation between release rate and temperature corresponding to velocity can be identified.
When the correlation between the temperature and the emission rate of the target gas is visualized in a heat spectrum, the result is a curved form. By analyzing this, the thermal analysis of the target gas adsorbed or absorbed by the sample 1 can be performed.

Since the analysis method of the gas storage medium according to the present invention as described above is implemented through the analysis device 100 of the gas storage medium, after the configuration of the analysis device 100 of the gas storage medium according to the present invention in detail, The method of analyzing the gas storage medium according to the present invention will be described in detail to be applied to the hydrogen storage alloy.

Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the analysis device for a gas storage medium according to the present invention.

2, the analysis device 100 of the gas storage medium according to the present invention is a gas supply pipe 10, the reactor 20, the opening and closing valve 30, the measuring sensor 50, the controller 60 It consists of a configuration that includes.

The gas supply pipe 10 is a pipe that provides a pipe through which a target gas and an inert gas of a predetermined type move. Here, the inert gas is provided to prevent the target gas from reacting with other substances other than the sample 1.
The gas supply pipe 10 includes a target gas inlet 11, an inert gas inlet 12, a gas outlet 13, and a gas inlet 14, which includes a target gas inlet 11. The gas is supplied to the reactor 20, the inert gas inlet 12 is a pipe to supply the inert gas to the reactor 20, the gas discharge passage 13 is a gas inside the reactor 20 Is a conduit for natural discharge, and the gas intake passage 14 is a conduit for forced discharge of the gas inside the reactor 20 by connecting the vacuum pump 70 to lower the internal pressure of the reactor 20 to a predetermined value. It becomes possible.
The target gas inlet 11, the inert gas inlet 12, the gas outlet 13, the gas suction passage 14 is provided with a plurality of each disposed at a predetermined point on the pipeline of the gas supply pipe 10. According to the selective opening and closing operation of the opening and closing valve 30 is to be formed and operated independently.

The reactor 20 is a container having an enclosed internal space connected to the gas supply pipe 10. The target gas and the inert gas flow in and out, and the sample 1 is disposed in the internal space.
Here, the reactor 20 according to the present invention may be provided with a heating mechanism 40 to perform a furnace function.

Opening and closing valve 30 is installed at each predetermined point on the pipeline of the gas supply pipe 10 to open and close the pipeline of the predetermined section. The gas inlet passage 11, the inert gas inlet passage 12, the gas outlet passage 13, and the gas suction passage 14 formed in the gas supply pipe 10 by the opening / closing valve 30 as described above are selected. When the conduit is opened, the remaining conduits are closed so that the required gas flow can be realized.

The heating mechanism 40 is for heating the internal space of the reactor 20, such a heating mechanism 40 is controlled by the controller 60 to adjust the internal temperature of the reactor 20, or the reactor 20 The internal temperature rising rate of the reactor or the internal temperature falling rate of the reactor 20 is to be adjusted.

Measuring sensor 50 is for measuring the internal temperature, the internal pressure of the reactor 20, such a measuring sensor 50 may be composed of a temperature sensor 52 and the pressure sensor 54.

The controller 60 controls the operation of the reactor 20, the opening / closing valve 30, the heating mechanism 40, and the measuring sensor 50, and the internal temperature of the reactor 20 is measured from the measuring sensor 50. Internal pressure information is input. The controller 60 receives the temperature of the sample 1 and the pressure of the target gas, and adjusts the composition ratio of the target gas adsorbed or absorbed by the sample 1 and the sample 1 through the internal pressure change of the reactor 20. By calculating the correlation between the temperature of the sample 1, the pressure of the target gas, the composition ratio of the sample 1 and the target gas adsorbed to the sample 1 (PCT curve), the release rate of the target gas by temperature rate) to determine the physicochemical and thermodynamic properties of the sample.
To this end, the controller 60 includes a thermal analysis algorithm that calculates an evolution rate of the target gas according to the temperature of the sample 1 and performs thermal analysis on the target gas adsorbed or absorbed by the sample 1. Done.

3 and 4 illustrate an apparatus 100 for analyzing a gas storage medium according to an embodiment of the present invention applied to the analysis of a hydrogen storage alloy.

3 is a view showing the configuration of an analysis device for a gas storage medium according to the first embodiment of the present invention.

Referring to FIG. 3, in the gas storage medium analyzing apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention, a hydrogen storage alloy, which is a sample 1, is disposed inside the reactor 20, and a gas supply pipe 10 is provided. The target gas inlet 11 and the inert gas inlet 12 of the target is formed in communication with the reactor 20 so that the hydrogen gas and helium gas can be introduced into the reactor 20.
Then, the vacuum pump 70 is connected to the opposite end of the gas intake passage 14 of the gas supply pipe 10 communicating with the inside of the reactor 20 so that the gas contained in the reactor 20 can be sucked. By doing so, the internal pressure of the reactor 20 can be controlled.
In addition, a buffer cylinder 80 and a storage tank 82 are installed on the target gas inflow path 11 of the gas supply pipe 10. As a result, the hydrogen gas supplied from the outside at a high pressure is supplied to the buffer cylinder 80. After being accommodated in the storage tank 82 is introduced into the reactor 20 to prevent the explosion of the hydrogen gas due to the instant hydrogen gas inlet.

The thermal analysis of the hydrogen storage alloy using the analysis device 100 of the gas storage medium according to the first embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
Here, the analysis device 100 of the gas storage medium according to the first embodiment of the present invention uses 1 g of magnesium as the sample 1, which is activated by the absorption-release reaction of hydrogen that is performed in advance. Used.

Such magnesium is adsorbed hydrogen at a predetermined storage pressure and storage temperature in a state arranged inside the reactor 20 to generate magnesium hydrogen compound (MgH₂), hydrogen of a predetermined storage pressure to match the storage pressure and storage temperature The target gas inflow path 11 into which gas is introduced is opened, and the heat generating mechanism 40 installed in the reactor 20 is controlled by the controller 60 to generate heat to match the storage temperature. Here, the storage pressure and the storage temperature in the analysis method using the analysis device 100 of the gas storage medium according to the first embodiment of the present invention is set to 25 atm and 643K.
Next, the magnesium hydrogen compound generated above is naturally cooled to a set temperature, and the internal pressure of the reactor in which the magnesium hydrogen compound is disposed is adjusted to the first set pressure. Here, in the analysis method using the analysis device 100 of the gas storage medium according to the first embodiment of the present invention, the set temperature and the first set pressure are set to 523K and 0.1 atm.
Then, the heating device 40 is operated to heat the reactor 20 at a predetermined speed {linear heating}, when the temperature of the magnesium hydrogen compound increases due to the heating of the reactor 20 magnesium hydrogen compound at a specific temperature point As the hydrogen is rapidly released, the internal pressure of the reactor 20 rises, and when the internal pressure of the reactor 20 reaches the second set pressure in this process, the opening and closing valve 309 V9 is opened to open the reactor ( By opening the inside of the 20), the internal pressure of the reactor 20 becomes the first set pressure again. When the internal pressure of the reactor 20 reaches the first set pressure, the opening and closing valve 309 V9 is closed again. Here, in the analysis method using the analysis device 100 of the gas storage medium according to the first embodiment of the present invention, the second set pressure is set to 0.2 atm.
When the reactor 20 is heated in the first set pressure state as described above, when the first set pressure is reached, the pressure of the reactor 20 is lowered again to make the first set pressure state, and then the reactor 20 is heated again. By repeating the process, the hydrogen emission from the magnesium hydrogen compound is completed, and during this process, the evolution rate of hydrogen according to the temperature of the magnesium hydrogen compound is measured.
Here, the amount of hydrogen released from the magnesium hydrogen compound is calculated through the change in the internal pressure of the reactor 20 measured by the pressure sensor 54 installed inside the sealed reactor 20, by differentiating it with time to release the hydrogen (evolution rate) is calculated.

4 is a view showing the configuration of the analysis device for a gas storage medium according to a second embodiment of the present invention.

Referring to Figure 4, the analysis device 100 of the gas storage medium according to the second embodiment of the present invention is installed in communication with the internal space of the reactor 20 pressure to adjust the internal space pressure of the reactor 20 While the regulator 90 is installed on the gas supply pipe 10, the analyzer 100 is operated while being automatically controlled by the controller 60.
Accordingly, in the analysis device 100 of the gas storage medium according to the second embodiment of the present invention, the internal pressure of the reactor 20 is automatically controlled by the vacuum pump 70 and the pressure regulator 90. The release rate of hydrogen can be calculated accurately, saving time for assays.
The method for performing a thermal analysis on the hydrogen storage alloy using the analysis device 100 of the gas storage medium according to the second embodiment of the present invention as the analysis device of the gas storage medium according to the first embodiment of the present invention Same as in 100.

Meanwhile, FIGS. 5 and 6 show thermal spectra of physicochemical characteristics of magnesium hydrogen compounds using the gas storage medium analyzing apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention. Is a temperature-hydrogen emission rate heat spectrum analyzed while heating a magnesium 1g sample prepared in the present invention to 700K at a heating rate of 1.0 K / min, and FIG. 6 shows a constant initial hydrogen absorption amount of 4.46wt% of the magnesium 1g sample prepared by Sigma Aldrich. Temperature-hydrogen emission rate thermal spectrum analyzed with varying heating rates in the range 1.0-3.0 K / min.

By analyzing the temperature-hydrogen emission rate heat spectrum, hydrogen storage characteristics in the molecular microstructure can be identified.

While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

1 : 시료 10 : 기체 공급관체
11 : 대상 기체 유입로 12 : 불활성기체 유입로
13 : 기체 배출로 14 : 기체 흡입로
15 : 필터 20 : 반응기
30 : 개폐용 밸브 32 : 솔레노이드 밸브
40 : 발열기구 50 : 측정센서
52 : 온도센서 54 : 압력센서
60 : 컨트롤러 70 : 진공펌프
80 : 버퍼 실린더 82 : 저장탱크
90 : 압력조절기 100 : 분석장치1 sample 10 gas supply pipe
11: target gas inlet 12: inert gas inlet
13 gas exhaust passage 14 gas intake passage
15 filter 20 reactor
30: valve for opening and closing 32: solenoid valve
40: heating mechanism 50: measuring sensor
52: temperature sensor 54: pressure sensor
60 controller 70 vacuum pump
80: buffer cylinder 82: storage tank
90: pressure regulator 100: analysis device

Claims (9)

시료에 흡착되거나 흡수된 정해진 종류의 대상 기체의 특성을 분석하기 위한 장치에 있어서,
상기 대상 기체와 정해진 종류의 불활성기체가 이동하는 관로를 제공하는 기체 공급관체와;
상기 기체 공급관체와 연결되는 밀폐된 내부공간을 가져 상기 대상 기체와 불활성기체의 유출입이 이루어지고, 상기 내부공간에 시료가 배치되는 반응기와;
상기 기체 공급관체의 관로 상의 정해진 지점에 각각 설치되어 정해진 구간의 관로를 개폐시키게 되는 다수개의 개폐용 밸브와;
상기 반응기의 내부공간을 가열하기 위한 발열기구와;
상기 반응기의 내부온도, 내부압력을 측정하기 위한 측정센서와;
상기 반응기, 개폐용 밸브, 발열기구, 측정센서의 작동을 제어하고, 상기 측정센서로부터 상기 반응기의 내부온도와 내부압력 정보를 입력받고, 상기 시료의 온도에 따른 대상 기체의 방출율(evolution rate)을 산출하여 열 스펙트럼으로 가시화함으로써 상기 시료에 흡착되거나 흡수되는 상기 대상 기체에 대한 열분석을 수행하는 열분석 알고리즘을 구비하는 컨트롤러를 포함하여,
상기 대상 기체의 물리화학적 특성이나 열역학적 특성을 분석하게 되는 것을 특징으로 하는 기체 저장매체의 분석장치.In the device for analyzing the characteristics of a predetermined type of target gas adsorbed or absorbed in the sample,
A gas supply pipe providing a pipeline through which the target gas and a predetermined type of inert gas move;
A reactor having an enclosed internal space connected to the gas supply pipe to allow the target gas and the inert gas to flow in and out, and to place a sample in the internal space;
A plurality of opening and closing valves which are respectively installed at predetermined points on the pipeline of the gas supply pipe to open and close the pipeline of the predetermined section;
A heating device for heating the inner space of the reactor;
A measurement sensor for measuring an internal temperature and an internal pressure of the reactor;
Control the operation of the reactor, the opening and closing valve, the heating mechanism, the measuring sensor, and receives the internal temperature and internal pressure information of the reactor from the measuring sensor, and the evolution rate of the target gas according to the temperature of the sample And a controller having a thermal analysis algorithm for performing thermal analysis on the target gas adsorbed or absorbed by the sample by calculating and visualizing the thermal spectrum.
Analysis device for a gas storage medium, characterized in that to analyze the physicochemical characteristics or thermodynamic characteristics of the target gas. 제1항에 있어서,
상기 기체 공급관체는 상기 대상 기체를 상기 반응기로 공급하게 되는 대상 기체 유입로와;
상기 불활성기체를 상기 반응기로 공급하게 되는 불활성기체 유입로와;
상기 반응기 내부의 기체가 자연배출되는 기체 배출로 및;
상기 반응기의 내부압력을 강하시키기 위하여 상기 반응기 내부의 기체가 강제배출되도록 하는 기체 흡입로를 가지되,
상기 대상 기체 유입로, 불활성기체 유입로, 기체 배출로, 기체 흡입로는 다수개의 상기 개폐용 밸브에 의해 독립적으로 형성되어 운용되는 것을 특징으로 하는 기체 저장매체의 분석장치.The method of claim 1,
The gas supply pipe and the target gas inlet for supplying the target gas to the reactor;
An inert gas inlet path for supplying the inert gas to the reactor;
A gas discharge path through which the gas inside the reactor is naturally discharged;
In order to lower the internal pressure of the reactor has a gas suction passage for forcing the discharge of the gas inside the reactor,
The target gas inlet passage, the inert gas inlet passage, the gas discharge passage, the gas suction passage is formed by the plurality of the opening and closing valves independently characterized in that the operating device. 제2항에 있어서,
상기 대상 기체 유입로 상에는 버퍼 실린더와 저장탱크가 설치되도록 하고,
상기 기체 흡입로에는 진공펌프가 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 기체 저장매체의 분석장치.The method of claim 2,
A buffer cylinder and a storage tank are installed on the target gas inlet path,
And a vacuum pump is connected to the gas intake passage. 제3항에 있어서,
상기 반응기의 내부공간과 연통되게 설치되어 상기 반응기의 내부공간 압력을 조절하게 되는 압력조절기가 상기 기체 공급관체 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 기체 저장매체의 분석장치.
The method of claim 3,
And a pressure regulator installed in communication with the inner space of the reactor to adjust the pressure of the inner space of the reactor, wherein the pressure regulator is installed on the gas supply pipe.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대상 기체는 수소이고, 상기 시료는 수소저장합금인 것을 특징으로 하는 기체 저장매체의 분석장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The target gas is hydrogen, and the sample is an analysis device for a gas storage medium, characterized in that the hydrogen storage alloy. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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