KR101546037B1 - 마그네슘계 수소저장재료 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

열전도도 및 내산화성이 우수한 마그네슘계 수소저장재료 및 이의 제조방법이 제공되고, 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 수소저장재료는 마그네슘 수소화물, 팽창흑연, 그리고 니오븀 불화물을 포함할 수 있다.

Description

마그네슘계 수소저장재료 및 이의 제조방법{MAGNESIUM BASED HYDROGEN STORAGE MATERIAL AND THE FABRICATION METHOD THEREOF}
마그네슘계 수소저장재료 및 이의 제조방법이 제공된다.
수소저장 기술은 수소 에너지를 이용하기 위한 핵심기술이며, 기체, 액체, 고체의 다양한 저장 형태 중에서도 고체재료에 수소를 저장시키는 고체수소 저장기술이 안정성과 효율성 면에서 유리하다. 고체수소저장시스템 제조 기술에서는 수소저장재료의 수소 저장/방출 시 발생하는 열의 효율적인 관리와 대기 노출 시 산소 및 수분과의 반응 억제가 확보해야 할 핵심 기술이다.
마그네슘 수소화물(MgH2)은 약 7.6 중량%의 높은 이론수소저장용량과 상대적으로 낮은 가격으로 인하여 고 용량 고체수소저장재료로 유망하며, 이를 기반으로 하는 고체수소저장시스템 활용 가능성이 제기되고 있다. 마그네슘 수소화물의 이러한 장점에도 불구하고, 마그네슘 수소화물 자체의 열전도도가 낮아 수소 저장/방출 시 발생하는 열을 관리하는 것이 용이하지 않다. 또한, 마그네슘 수소화물이 대기에 노출될 경우, 대기 중의 산소와 수분과 쉽게 반응하여 마그네슘 수소화물 입자 표면에 산화물 층이 형성된다. 이로 인해, 수소 저장/방출 속도가 크게 떨어질 수 있다.
본 발명의 일구현예는 마그네슘 수소화물의 수소저장용량 및 방출량의 감소를 최소화하기 위한 것이다.
본 발명의 일구현예는 열전도도 및 내산화성을 향상 시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 일구현예에서는 마그네슘 수소화물, 팽창흑연, 그리고 니오븀 불화물을 포함하는 마그네슘계 수소저장재료를 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따른 마그네슘계 수소저장재료는 압분체(compact)일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 팽창흑연은 압분체의 압축 방향에 대하여 실질적으로 수직인 판 형상(plate shape)을 가질 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 팽창흑연의 입자크기는 약 100 내지 300 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 팽창흑연의 중량비는 약 1 내지 20 중량%일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 니오븀 불화물의 중량비는 약 1 내지 10 중량%일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 일구현예에서는 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말을 혼합하는 단계, 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말의 혼합물을 반응용기에 볼(ball)과 함께 장입하고 가스를 충진하는 단계, 혼합물 및 가스를 내부에 포함하는 반응용기를 이용하여 고 에너지 볼밀링(high energy ball milling)을 수행하는 단계, 고 에너지 볼밀링 공정을 거친 반응용기 내부의 혼합물에 팽창흑연을 혼합하는 단계, 그리고 팽창흑연이 혼합된 혼합물을 압축하는 단계를 포함하는 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따른 반응용기에 장입되는 볼은 약 5 내지 30 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 반응용기에 장입되는 혼합물과 볼의 중량비는 약 1:1 내지 1:100일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 고 에너지 볼밀링 공정이 수행되는 시간은 약 5 내지 60분이 될 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따른 팽창흑연의 혼합은 텀블링 밀(tumbling mill) 공정을 이용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일구현예는 수소저장용량 및 방출량의 감소를 최소화 하면서, 마그네슘 수소화물을 포함하는 마그네슘계 수소저장재료의 유효열전도도와 내산화성을 동시에 향상시킬 수 있다.
도 1는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 압분체 형태의 수소저장재료를 100원 동전과 크기를 대비하여 촬영한 사진이다.
도 2은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 압분체 형태의 수소저장재료 단면의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일구현예에 따른 제조공정을 나타내는 공정순서도이다.
도 4는 본 발명의 비교예 5 및 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료의 방사 방향 열전도도를 팽창흑연 첨가량의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 실시예 4, 그리고 비교예 2 내지 비교예 4에 따라 제조된 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료의 방사 방향 열전도도를 팽창흑연 입자 크기의 함수로 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 각각 대기 중에서 노출시킨 후 시간에 따라 측정한 탈수소화 반응 곡선이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 각각 대기 중에서 노출시킨 후 시간에 따라 측정한 탈수소화 반응 곡선이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 일 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 구현예는 마그네슘 수소화물, 팽창흑연, 그리고 니오븀 불화물을 포함하는 마그네슘계 수소저장재료를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘계 수소저장재료는 압분체(compact)일 수 있다. 도 2에서 나타내는 바와 같이, 마그네슘 수소화물 (magnesium hydride)과 니오븀 불화물(niobium fluoride)의 분말 혼합물에 대한 팽창흑연(expanded graphite)을 혼합하여 압축하는 방법 등에 의하여 압분체 (compact)가 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 압분체(compact)인 마그네슘계 수소저장재료 내의 팽창흑연은 압축방향에 대하여 실질적으로 수직인 판 형상(plate shape)을 가질 수 있다.
압분체(compact)인 수소저장재료 내의 압축방향에 대하여 실질적으로 수직인 판 형상(plate shape)을 가지는 팽창흑연에 의하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 수소저장재료를 포함한 수소저장시스템 구성 시, 방사 방향의 유효열전도도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 팽창흑연의 입자크기는 약 100 내지 300 ㎛일 수 있다.
팽창흑연의 입자크기인 약 100 내지 300㎛는 마그네슘 수소화물과 팽창흑연 사이에 너무 많은 계면이 형성되어 열전도를 방해하거나, 팽창흑연 입자 사이의 연결도가 떨어지지 않게 하여 유효전도도의 감소를 막는 적절한 조건범위일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 팽창흑연의 중량비는 약 1 내지 20 중량%일 수 있다.
팽창흑연의 중량비인 약 1 내지 20 중량%는 유효열전도도를 향상시키는 효과를 유지하면서도, 수소저장량의 감소를 적게 하기위한 적절한 조건범위일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 니오븀 불화물의 중량비는 약 1 내지 10 중량% 일 수 있다.
니오븀 불화물의 중량비인 약 1 내지 10 중량%는 전체 마그네슘계 수소저장재료의 수소저장 용량 및 방출량의 감소를 최소화 하면서도, 산화반응성을 낮추게 하는 적절한 조건범위일 수 있다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 구현예는 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말을 혼합하는 단계, 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말의 혼합물을 반응용기에 볼(ball)과 함께 장입하고 가스를 충진하는 단계, 혼합물 및 가스를 내부에 포함하는 반응용기를 이용하여 고 에너지 볼밀링(high energy ball milling)을 수행하는 단계, 볼밀링 공정을 거친 반응용기 내부의 혼합물에 팽창흑연을 혼합하는 단계, 그리고 팽창흑연이 혼합된 혼합물을 압축하는 단계를 포함하는 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 일 구현예를 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 구현예는 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말을 혼합하는 단계는 이어지는 고 에너지 볼밀링 공정을 수행하기 위한 혼합물을 제조하는 단계이다.
다음으로, 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말의 혼합물을 반응용기에 볼(ball)과 함께 장입하고 가스를 충진하는 단계는 이어지는 고 에너지 볼밀링 공정을 위하여 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말의 혼합물 및 불활성 가스 또는 수소가스를 용기에 충진하는 단계이다.
구체적으로, 불활성 가스는 아르곤 또는 헬륨일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 혼합물을 반응용기에 볼(ball)과 함께 장입하고 가스를 충진하는 단계에서 장입되는 볼(ball)은 약 5 내지 30 mm의 직경을 가질 수 있다.
장입되는 볼의 직경인 약 5 내지 30 mm는 분말상태의 혼합물의 혼합을 적절히 조절할 수 있는 적절한 조건범위일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 반응용기에 장입되는 혼합물과 볼의 중량비는 약 1:1 내지 1:100 일 수 있다.
반응용기에 장입되는 혼합물과 볼의 중량비인 약 1:1 내지 1:100은 분말상태의 혼합물간의 혼합을 적절히 조절하면서도, 볼이나 용기를 구성하는 물질(예를 들면, 철)이 분말 혼합물에 불순물로 혼입되지 않는 적절한 조건범위일 수 있다.
다음으로, 혼합물 및 가스를 내부에 포함하는 반응용기를 이용하여 고 에너지 볼밀링(high energy ball milling)을 수행하는 단계는 쉐이커밀(shaker mill), 진동밀(vibratory mill), 유성밀(planetary mill) 또는 어트리터밀 (attritor mill)을 이용하여 고 에너지 볼밀링을 수행하여 니오븀 불화물 촉매를 마그네슘 수소화물에 분산시키는 단계이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 고 에너지 볼밀링 공정이 수행되는 시간은 약 5 내지 60분이 될 수 있다.
고 에너지 볼밀링 공정이 수행되는 시간인 약 5 내지 60분은 니오븀 불화물이 마그네슘 수소화물에 균일하게 분산되면서도, 볼이나 반응용기에서 불순물이 혼입될 가능성을 낮추고, 니오븀 불화물 사이의 편석과 응집을 막기 위한 적절한 조건범위일 수 있다.
다음으로, 볼밀링 공정을 거친 반응용기 내부의 혼합물에 팽창흑연을 혼합하는 단계는 고 에너지 볼밀링 공정에서 혼합되어 니오븀 불화물이 분산된 마그네슘 수소화물 분말에 팽창흑연을 분말 형태로 혼합하는 단계로서, 팽창흑연 분말을 니오븀 불화물 분말과 함께 고 에너지 볼밀링을 이용하여 분산시키지 않은 이유는 고 에너지 볼밀링 공정이 수행되는 동안 팽창흑연분말 입자가 파괴되어 그 크기가 크게 감소하는 하는 것을 방지하기 위해서이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 팽창흑연의 혼합은 텀블링 밀 (tumbling mill)공정을 이용하여 수행할 수 있다.
텀블링 밀 공정을 통하여, 팽창흑연을 니오븀 불화물이 분산된 마그네슘 수소화물 분말에 균일하게 혼합할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
먼저, 마그네슘 수소화물 분말에 니오븀 불화물 분말을 95:5의 중량비로 혼합한다. 상기 마그네슘 수소화물 분말 및 니오븀 불화물 분말의 혼합물 약 10 g을 크롬강(Cr steel)으로 만들어진 직경 약 12.7 mm 볼 11개 및 직경 약 9.5 mm 볼 17개를 약 1:15(마그네슘 수소화물 분말 및 니오븀 불화물 분말의 혼합물:크롬강(Cr steel)으로 만들어진 직경 약 12.7 mm 볼 11개 및 직경 약 9.5 mm 볼 17개)의 중량비로 함께 공구강으로 만들어진 약 300 ml 용적의 용기에 장입하고, 그 후, 아르곤(Ar)을 용기에 충진한 다음, 유성밀(mill)을 이용하여 고에너지 볼밀링(high energy ball milling)을 약 30분 동안 수행한다. 이 후, 상기 고에너지 볼밀링을 통하여, 니오븀 불화물이 분산된 마그네슘 수소화물에 약 200 μm의 입자 크기를 갖는 팽창흑연 분말을 약 5 중량% 첨가한 후 텀블링 밀(tumbling mill)을 이용하여 약 30분 동안 혼합한다. 그 후, 상기 팽창흑연 분말이 혼합된 혼합 분말을 프레스를 이용하여 약 100 MPa의 응력으로 압축하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
도 2는 상기 방법에 의해 제조된 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 100원 동전과의 크기를 대비한 것을 나타낸다.
도 2는 도 1의 압분체인 마그네슘계 수소저장재료의 단면을 주사전자 현미경으로 관찰한 사진이다. 프레스로 압축하는 과정에서 팽창흑연 입자가 압축 방향의 수직한 실린더의 방사 방향(radial direction)으로 배열된 것을 확인할 수 있으며, 이는 수소저장시스템 구성 시 특히 높은 값이 필요한 방사 방향 유효열전도도를 향상시키는데 기여할 수 있다.
< 실시예 2> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 첨가되는 팽창흑연 분말의 중량비를 약 10 중량%으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 실시예 3> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 첨가되는 팽창흑연 분말의 중량비를 약 20 중량%으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 실시예 4> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 첨가되는 팽창흑연 분말의 입자크기를 약 350 μm 으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 비교예 1> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 니오븀 불소화물을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 비교예 2> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 첨가되는 팽창흑연 분말의 입자크기를 50 μm으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 비교예 3> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 첨가되는 팽창흑연 분말의 입자크기를 약 500 μm으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 비교예 4> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 첨가되는 팽창흑연 분말의 입자크기를 약 1200 μm으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
< 비교예 5> 마그네슘계 수소저장재료의 제조
상기 실시예 1의 팽창흑연 분말을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 수행하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료를 제조한다.
하기 표 1에서 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 첨가된 니오븀 불소화물 중량%, 팽창흑연 분말 입자크기(μm), 첨가된 팽창흑연 분말 중량%를 요약하여 정리하였다.
첨가된 니오븀 불소화물 중량% 팽창흑연 분말 입자크기
(μm)		 첨가된 팽창흑연 분말 중량%
실시예 1 5 200 5
실시예 2 5 200 10
실시예 3 5 200 20
실시예 4 5 350 5
비교예 1 0 200 5
비교예 2 5 50 5
비교예 3 5 500 5
비교예 4 5 1200 5
비교예 5 5 200 0
< 실험예 1> 첨가되는 팽창흑연 분말의 중량비에 따른 열전도도 평가
첨가되는 팽창흑연 분말의 중량비 변화에 따른 마그네슘계 수소저장재료의 열전도도를 평가하기 위하여, 비교예 5 및 실시예 1 내지 실시예 3에 대하여 하기와 같은 실험을 수행한다.
정상상태(steady state)열전도도 측정법으로 상온에서 비교예 5 및 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 각 압분체의 열전도도를 측정한다.
구체적으로, 각 제조된 압분체를 약 15 ml 부피의 소형 실린더에 집어 넣고 나서, 수소 가스 약 1 기압을 가압한 후 실린더 중앙 바닥에 장착된 소형 히터를 이용하여 약 10 W의 열을 인가한다.
그 후, 실린더의 방사 방향으로 장착된 열전대를 이용하여 온도를 측정하며 열전대의 온도 변화가 더 이상 없는 정상상태에 도달하면 열전대 사이의 온도 값 차이를 정상상태 열전도도 방정식을 이용하여 압분체의 열전도도로 환산할 수 있다.
그 결과, 도 4에서 나타나는 바와 같은 데이터를 얻을 수 있다.
상기 방법으로 제조된 약 200 μm 입자 크기를 갖는 팽창흑연이 혼합된 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료의 방사 방향 유효열전도도를 팽창흑연 첨가량의 함수로 도 4에 나타내었다. 이를 통해, 팽창흑연의 첨가량에 비례하여 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료의 방사 방향 유효열전도도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 2> 첨가되는 팽창흑연의 분말의 입자크기에 따른 열전도도 평가
첨가되는 팽창흑연 분말의 입자크기 변화에 따른 마그네슘계 수소저장재료의 열전도도를 평가하기 위하여, 실시예 1, 실시예 4 및 비교예 2 내지 비교예 4에 대하여 하기와 같은 실험을 수행한다.
열전도도는 실험예 1과 같은 정상상태 열전도도 측정법을 이용하여 측정한다. 그 결과, 도 5에서 나타나는 바와 같은 데이터를 얻을 수 있다.
도 5를 참조하면, 첨가되는 팽창흑연 분말의 입자 크기가 약 50 μm에서 200 μm까지 증가할 때는 압분체형태의 마그네슘계 수소저장재료의 유효열전도도는 증가하나, 입자 크기가 약 200 μm에서 더욱 증가하면 유효열전도도가 감소함을 확인할 수 있다. 이를 통해, 팽창흑연 분말 입자 크기가 약 100 내지 300 μm에서 가장 크게 유효열전도도를 증가시키는 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 3> 첨가되는 니오븀 불소화물의 첨가여부 따른 수소방출능력 및 대기 중 산화반응성 평가
첨가되는 니오븀 불소화물의 첨가여부에 따른 수소방출능력 및 대기 중 노출 시에 산화반응성을 평가하기 위하여 실시예 1 및 비교예 1에 대하여 하기와 같은 실험을 수행한다.
먼저, 첨가되는 니오븀 불소화물의 첨가여부에 따른 수소방출능력을 알아보기 위하여, 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 압분체를 각각 대기에 약 0, 12, 24, 36, 48 시간동안 노출시킨 뒤, 대기에 비노출 또는 노출된 각 압분체로부터 약 0.4 g의 압분체 시편을 채취하여, 약 110 ml 부피의 실린더에 집어 넣은 후 진공을 유지한 상태에서 초당 약 10 ℃의 승온 속도로 약 300 ℃까지 올린 후 약 5시간 동안 유지한다.
이때, 방출된 수소 가스의 압력을 수소 방출량으로 환산하여, 도 6 및 도 7에서 나타나는 바와 같은 데이터를 얻을 수 있다.
도 6에서 나타나는 바와 같이, 니오븀 불화물이 첨가되지 않은 압분체 형태의 마그네슘계 수소저장재료의 경우에는 대기 노출 시간이 증가함에 따라 수소 방출 속도가 크게 떨어지며 수소 방출량도 크게 감소하였다. 반면에, 도 7에서 나타나는 바와 같이, 니오븀 불화물이 첨가된 경우에는 수소 방출 속도 감소와 수소 방출량 감소가 상대적으로 작아 대기 노출 효과가 크게 완화되는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 첨가되는 니오븀 불소화물의 첨가여부에 따른 대기 중 노출 시에 산화반응성을 평가하기 위하여 주사전자현미경의 에너지분산 X선 분광법(energy dispersive X-ray spectroscopy)을 이용하여 대기 노출 전과 후의 압분체 표면에 대한 조성 분석을 수행하여, 하기의 표 2에 나타나는 바와 같은 데이터를 얻을 수 있다.
하기의 표 2는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 각 시편(압분체 형태의 수소저장재료)을 대기에 약 24시간 노출한 후 주사전자현미경으로 분석한 마그네슘 수소화물 표면의 산소농도이다. 대기에 노출되지 않은 마그네슘 수소화물의 경우에는 니오븀 불화물 첨가와 관계 없이 원료에 포함된 것으로 추정되는 약 8 원자% 산소가 검출된다. 비교예 1에 의해 제조된 시편의 경우에는 대기 노출 시 마그네슘 수소화물의 산화에 의하여 산소 농도가 약 18 원자%로 크게 증가하는데 비하여, 실시예 1에 의해 제조된 시편의 경우에는 산소 농도가 약 11 원자%로 상대적으로 낮게 증가하여 니오븀 불화물의 첨가가 마그네슘 수소화물의 내산화성을 향상시키는데 효과가 있음을 확인할 수 있다.
시편 대기 노출 전 대기 24 시간 노출 후
실시예 1 8±2 원자% 11±2 원자%
비교예 1 8±2 원자% 18±2 원자%
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서
통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (11)

  1. 마그네슘 수소화물(magnesium hydride),
    팽창흑연(expanded graphite), 그리고
    니오븀 불화물(niobium fluoride)
    을 포함하고,
    대기 중에 24시간 이상 노출된 경우 11 원자 % 이하의 산소 원자를 포함하는 마그네슘계 수소저장재료.
  2. 제1항에서,
    상기 마그네슘계 수소저장재료는 압분체(compact)인 마그네슘계 수소저장재료.
  3. 제2항에서,
    상기 팽창흑연은 상기 압분체의 압축 방향에 대하여 수직인 판 형상(plate shape)을 갖는 마그네슘계 수소저장재료.
  4. 제1항에서,
    상기 팽창흑연의 입자크기는 100 내지 300 ㎛인 마그네슘계 수소저장재료.
  5. 제1항에서,
    상기 팽창흑연의 중량비는 1 내지 20 중량%인 마그네슘계 수소저장재료.
  6. 제1항에서,
    상기 니오븀 불화물의 중량비는 1 내지 10 중량%인 마그네슘계 수소저장재료.
  7. 마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말을 혼합하는 단계,
    마그네슘 수소화물 분말과 니오븀 불화물 분말의 혼합물을 반응용기에 볼(ball)과 함께 장입하고 가스를 충진하는 단계,
    상기 반응용기에서 고 에너지 볼밀링(high energy ball milling)을 수행하는 단계,
    상기 반응용기 내부의 혼합물에 팽창흑연을 혼합하는 단계, 그리고
    상기 팽창흑연이 혼합된 혼합물을 압축하는 단계
    를 포함하고,
    대기 중에 24시간 이상 노출된 경우 11 원자% 이하의 산소 원자를 포함하는 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법.
  8. 제7항에서,
    상기 볼은 5 내지 30 mm의 직경을 갖는 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법.
  9. 제7항에서,
    상기 반응용기에 장입되는 혼합물과 볼의 중량비는 1:1 내지 1:100인 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법.
  10. 제7항에서,
    상기 고 에너지 볼밀링이 수행되는 시간은 5 내지 60분인 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법.
  11. 제7항에서,
    상기 팽창흑연이 혼합된 혼합물을 압축하는 단계에서 팽창흑연의 혼합은 텀블링 밀(tumbling mill)공정을 이용하여 수행하는 마그네슘계 수소저장재료의 제조방법.
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