KR101845515B1 - 액상 수소저장물질 및 이를 이용한 수소 저장 방법 - Google Patents

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Abstract

1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 포함하는 액상 수소저장물질로서,
해당 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 포함하는 액상 수소저장물질이 제공된다. 해당 액상 수소저장물질은 수소저장용량이 높은 물질들을 포함하여 우수한 수소저장용량값을 가질 뿐만 아니라, 액상으로 공급되어 연료전지 등에서 수소저장물질로 사용 할 때 소요되는 초기투자비용 등이 최소화될 수 있다.

Description

액상 수소저장물질 및 이를 이용한 수소 저장 방법{LIQUID HYDROGEN STORAGE MATERIAL AND METHODS OF STORAGING HYDROGEN USING THE SAME}
본 발명은 연료전지에 사용되는 액상 수소저장물질 및 이를 이용하는 수소 저장방법에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈 및 환경 오염 문제로 인하여 신재생 대체 에너지에 대한 요구가 크며, 이에 대한 대체 에너지의 하나로서 수소가 주목받고 있다. 특히 연료전지와 수소 연소 장치의 경우 수소를 반응 가스로 사용하고 있는데, 연료전지와 수소 연소 장치를 예컨대 자동차나 각종 전자 제품 등에 응용하기 위해서는 수소의 안정적이고 지속적인 공급 기술이 요구된다.
수소를 이용하는 장치에 있어서 수소를 공급하기 위해서는 별도로 설치된 수소 저장 장치 (수소 공급 장치)로부터 수소가 필요할 때마다 수소를 공급받는 방식을 사용할 수 있다. 대표적인 예로는 압축수소저장 및 액화수소저장 방법이 있는데, 이들 기술은 수소 생산처로부터 수소 수요처까지 수소를 이송하는데 가격 및 안전에 대한 이슈가 있을 수 있다.
이외에, 수소를 저장하고 발생시키는 물질을 수소 이용 장치에 탑재하여, 해당 물질을 반응 시켜 수소를 발생시키고, 이를 공급하는 방식을 사용할 수 있다. 이 방식에는 예컨대, 금속수소화물(metal hydride) 이용 방법, 흡착, 탈착/탄소 (absorbents/carbon) 이용 방법, 화학적 수소저장 방법(chemical hydrogen storage) 등이 제안되고 있으며, 암모니아 보레인, 실란 화합물, 개미산 등과 같은 다양한 화학수소화물을 이용한 수소저장 기술이 연구되고 있다.
이와 더불어, 최근에는 가역성이 용이한 유기화합물을 이용한 수소저장기술이 활발하게 이루어지고 있는데, 예로, 일본에서는 경제적 수소 이송을 고려하여 톨루엔 기반의 수소저장기술이 연계된 수소 발전소를 구축하고 있으며, 독일에서는 디벤질 톨루엔 계열의 화합물을 기반으로 하여 가역적 수소저장 특성을 규명하고자 하고 있다. 그러나, 국내의 경우, 가역적 수소저장 및 방출을 가능케 하는 방향족 고리화합물 기반 화합물의 탐색은 거의 이루어지지 않았다.
Stark, Katharina, et al. "Melting Points of Potential Liquid Organic Hydrogen Carrier Systems Consisting of N-Alkylcarbazoles." Journal of Chemical & Engineering Data 61.4 (2016): 1441-1448. Bruckner, N., et al. (2014). "Evaluation of industrially applied heat-transfer fluids as liquid organic hydrogen carrier systems." ChemSusChem 7(1): 229-235 Li, L., et al. (2016). "Hydrogen storage and release from a new promising Liquid Organic Hydrogen Storage Carrier (LOHC): 2-methylindole." International Journal of Hydrogen Energy. Manas, M. G., et al. (2015). "Iridium catalyzed reversible dehydrogenation - Hydrogenation of quinoline derivatives under mild conditions." Journal of Organometallic Chemistry 792: 184-189.
본 발명의 구현예들에서는 높은 수소저장용량을 보일 뿐만 아니라 우수한 가격 경쟁력을 갖춘 액상 수소저장물질을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 구현예들에서는 상기 액상 수소저장물질을 이용하는 수소저장방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 포함하는 액상 수소저장물질로서, 상기 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 포함하는 액상 수소저장물질이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 액상 수소저장물질은 상기 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8의 중량비율로 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 1,1’-바이페닐은 상기 1,1’-메틸렌다이벤젠에 완전 용해될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 액상 수소저장물질은 연료전지용일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 1,1’-바이페닐 고체를 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체에 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 용해시켜 액상 수소저장물질을 제조하는 액상 수소저장물질의 제조 방법이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 1,1’-바이페닐 고체는1,1’-메틸렌다이벤젠 액체에 완전 용해될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 혼합하여 액상 수소저장물질을 제조하는 단계; 및 상기 액상 수소저장물질에 수소화반응을 진행하여 수소를 저장하는 단계;를 포함하는 수소저장방법이 제공된다.
예시적인 구현예에서, 상기 수소화반응은 80 내지 150℃의 온도 조건 및 40 내지 50 bar의 압력조건 하에서 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 수소화반응은 루테늄을 포함하는 촉매 조건 하에 수행될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 촉매는 상기 액상 수소저장물질 전체 중량에 대하여 0.5 내지 7wt%의 중량비율로 반응할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질에 따르면 높은 수소저장용량을 갖출 뿐만 아니라 우수한 가격 경쟁력을 갖춘 연료전이용 수소저장물질을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 수소저장방법에 따르면 상기 액상 수소저장물질이 압축 가스에 비하여 월등히 높은 무게 및 부피 대비 수소저장용량을 가질 뿐만 아니라, 액상으로 제조되어 용이하게 저장 및 운송이 가능할 수 있다. 이에 따라, 이를 이용하는 수소저장방법에서는 불필요한 초기 투자 비용이 발생하지 않을 수 있어 보다 경제적으로 수소를 저장할 수 있다.
도 1은 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠의 수소화반응을 나타내는개략도이다.
도 2a 및 2b는 1,1’-바이페닐의 수소화반응 이전(도 2a)과 이후(도 2b)의 1H-NMR 스펙트럼 결과를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 실시예1 및 2에 따라 제조된 액상 수소저장물질의 용해도를 나타내는 사진이다.
도 4a 및 4b는 비교예1 및 2에 따라 제조된 액상 수소저장물질의 용해도를 나타내는 사진이다.
도 5a는 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질을 이용하여 수소화반응을 진행한 후에 측정한 1H-NMR 스펙트럼 결과를 나타내고, 도 5b는 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질을 이용하여 일정 압력 및 온도 조건하에서 수소화반응을 진행한 경우에 있어서 반응완료시간을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질의 50 bar의 조건하에서 온도 조건하에서의 MFC 값을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질의 40 bar의 조건하에서 온도 조건하에서의 MFC 값을 나타내는 그래프이다.
도 8은 액상 수소저장물질 내에서 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠 혼합물과 촉매 비율에 따른 수소화반응시간을 나타내는 그래프이다.
도 9는 액상 수소저장물질 내에서 1,1’-바이페닐 및 1,1’- 메틸렌다이벤젠 혼합물과 촉매 비율 각각의 반응 시간에 따른 MFC 값을 나타내는 그래프이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질 내에서 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠의 혼합 비율에 따른 온도별 수소저장용량을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질을 이용하여 수소를 저장한 경우의 있어서 탈수소화반응을 진행한 경우의 반응 개략도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 구현예에 따른 액상 수소저장물질을 이용하여 수소를 저장한 경우의 있어서 탈수소화반응을 진행한 경우의 수소방출량을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
본 명세서에서, “액상”이란 액체 상태를 의미한다.
본 명세서에서, “수소저장물질”이란 수소(H) 원자를 포함하는 물질과 반응하여 수소원자를 화학결합을 통해 저장하고, 일정에너지가 가해지는 경우 수소(H2)를 가역적으로 방출할 수 있는 물질을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에서, 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 포함하는 액상 수소저장물질로서, 상기 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 포함하는 액상 수소저장물질이 제공된다.
상기 액상 수소저장물질은 1,1’-바이페닐 고체 및 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체를 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 혼합하여1,1’-바이페닐 고체를 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체에 완전 용해시켜 제조될 수 있다. 즉, 상기 액상 수소저장물질 내에서 1,1’-바이페닐 고체가 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체 내에서 완전 용해되어 액화될 수 있다.
이에 따라, 상기 액상 수소저장물질은 압축 가스에 비하여 월등히 높은 무게 및 부피 대비 수소저장용량을 가질 뿐만 아니라, 액상으로 제조되어 용이하게 저장 및 운송이 가능할 수 있다. 이에 따라, 이를 이용하는 연료전지 제조시 불필요한 초기 투자 비용이 발생하지 않을 수 있어 보다 경제적으로 수소를 저장할 수 있다.
이하 이를 자세히 살펴본다.
예시적인 구현예에서, 상기 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠은 분자 내에 복수 개의 이중결합을 갖고 있어 수소를 저장하기 용이하다(도 1 참조). 1,1’-바이페닐은 100% 1,1’-바이페닐 무게 대비 수소저장용량이 7.2 wt%이고, 1,1’-메틸렌다이벤젠은 100% 1,1’-메틸렌다이벤젠 무게 대비 수소저장용량이 6.7 wt%이다.
구체적으로, 1,1’-바이페닐을 예를 들어 설명하면, 1,1’-바이페닐 수소화반응을 진행하면 수소화반응과 동시에 1,1’-바이페닐에서 벤젠고리 내 위치한 양성자(proton)에 해당하는 1H-NMR 피크(peak)가 사라지며 1H-NMR 스펙트럼이 이동하는 것을 확인할 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 1,1’-바이페닐의 수소화반응 이전(도 2a)과 이후(도 2b)의 1H-NMR 스펙트럼 결과를 나타내는데, 이들을 비교하여 보면, 1,1’-바이페닐 수소화반응을 진행하면 수소화반응과 동시에 1,1’-바이페닐에서 벤젠고리 내 위치한 양성자(proton)에 해당하는 1H-NMR 피크(peak)가 사라지며 1H-NMR 스펙트럼이 이동하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 액상 수소 저장물질은 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 포함하며, 바람직하게는 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 중량비율로 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 중량비율 미만으로 포함하는 경우, 1,1’-바이페닐이 1.1’-메틸렌다이벤젠에 완전 용해되지 않아, 액상 수소저장물질의 구현이 어려울 수 있다. 이와 달리, 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠의 중량비율이 1:2.5 를 초과하는 경우 상대적으로 가격이 비싼 1,1’-메틸렌다이벤젠이 과도하게 포함되어 상기 액상 수소저장물질이 가격경쟁력을 갖출 수가 없다. 뿐만 아니라, 상기 범위는 1,1’-바이페닐이 용해될 수 있는 최적화된 범위이므로 1,1’-바이페닐의 사용량이 극대화될 수 있어 최종적으로 수소저장용량이 극대화될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 전술한 바와 같이 1,1’-바이페닐 고체 및 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체를 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 혼합하여 액상 수소저장물질을 제조하는 단계를 포함하는 액상 수소저장물질의 제조방법이 제공된다. 이와 같이, 1,1’-바이페닐 고체 및 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체를 일정 범위 내의 비율로 혼합하기만 하여도 1,1’-바이페닐 고체가 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체에 완전 용해될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 혼합 공정은 -15 ℃ 내지 100 ℃ 의 온도 범위 내에서 수행될 수 있으며, 예를 들어, 상온 1기압의 조건 하에서 수행될 수 있다. 혼합온도가 -15℃ 이하이면 혼합물이 고상화되어 혼합이 용이하지 않을 수 있으며, 혼합온도가 100 ℃ 이상이면 혼합물을 구성하는 화합물의 일부가 증발될 수 있다.
한편 본 발명의 다른 구현예에서, 1,1’-바이페닐 고체 및 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체를 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 혼합하여 액상 수소저장물질을 제조하는 단계; 및 상기 액상수소저장물질에 수소화반응을 진행하여 수소를 저장하는 단계;를 포함하는 수소저장방법이 제공된다. 한편, 상기 수소저장방법은 전술한 액상 수소저장물질의 제조 방법과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성을 포함하므로 이에 관한 설명은 생략한다.
상기 수소 저장방법은 전술한 액상 수소저장물질에 수소화반응을 진행하는 단계를 포함한다. 이때, 반응가스로 수소(H2)가스가 반응기 내부로 주입될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 수소화반응은 80 내지 150 ℃의 온도 조건 및 40 내지 50 bar 의 압력조건 하에서 수행될 수 있다.
수소화반응의 온도가 상기 범위 미만인 경우 수소화 반응 속도의 저하를 가져올 수 있으며, 온도가 상기 범위를 초과하는 경우 화합물이 분해될 수도 있다.
한편, 상기 수소화반응이 진행되는 챔버는40 내300 bar 범위 이내의 압력을 가질 수 있으며, 압력 조건이 상기 범위 미만인 경우 수소화 반응 속도가 저하될 수 있으며, 압력이 상기 범위를 초과하는 경우 반응기 제작의 경제성이 낮아질 수 있다.
한편, 상기 수소화반응이 진행될 때 수소화반응을 보다 원활하기 진행시키기 위해 촉매를 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 촉매는 루테늄 기반의 촉매, 즉 루테늄을 포함하는 촉매일 수 있다.
구체적으로, 상기 촉매는Ru/Al2O3, Ru/ZrO2, Ru/CeO2 등 다양한 금속산화물 상에 고정된 루테늄 촉매일 수 있으며, Ru/C, Ru/탄소나노튜브, 및 Ru/그래핀 등과 같이 탄소 기반 지지체 상에 고정된 루테늄 촉매로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 촉매는 상기 액상 수소저장물질 전체 중량에 대하여 0.5 내지 7wt%의 중량비율로 반응할 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 7wt%의 중량비율로 포함될 수 있다. 촉매가 0.5wt% 미만으로 반응되는 경우 수소화 반응에 기여하는 바가 크지 않을 수 있으며, 7wt%을 초과하여 반응시키는 경우 불필요하게 많은 양의 촉매를 사용하게 되어 제조공정에 소요되는 비용의 상승을 초래할 수 있다.
상기 액상 수소저장물질을 사용하는 경우 수소저장용량이 각각 우수한 1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 액상 상태로 사용하기 때문에 수소저장율이 굉장히 우수할 수 있다.
예를 들어, 상기 액상 수소저장물질은 상기 액상 수소저장물질 전체 중량 대비 5 wt% 이상의 수소를 저장할 수 있으며, 상기 액상 수소저장물질 전체 부피 대비 55 gH2/L 이상의 수소를 저장할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 액상 수소저장물질을 사용하기 때문에 수소저장물질의 저장 및 운송에 소요되는 비용을 최소화할 수 있어 수소를 저장하는데 소요되는 비용을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 최종 생산되는 연료전지는 가격경쟁력을 갖도록 제조될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
[실험예 1]
하기 표 1에 기재된 비율로 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 혼합하여 수소저장물질을 제조하였다. 이때 온도는 25℃ 이었고, 압력은 1기압 이었으며, 혼합 반응은 60 분 이내로 수행되었다.
액상 수소저장물질 1,1’-바이페닐 1,1’-메틸렌다이벤젠 액상화 정도
실시예 1 1.0g 2.3g 완전 액상화
실시예 2 1.0g 1.8g 완전 액상화
비교예 1 1.0g 1.5g 부분 액상화(소량결정)
비교예 2 1.0g 1.0g 부분 액상화(다량결정)
실시예 1 내지 2와 비교예 1 및 2에 따라 제조된 수소저장물질을 포함하는 반응 용기를 육안으로 관찰하고 사진 찍어 도 3a 내지 도 4b에 나타내었다. 도 3a 및 3b는 실시예1 및 2에 따라 제조된 수소저장물질의 용해도를 나타내는 사진이고, 도 4a 및 4b는 비교예1 및 2에 따라 제조된 수소저장물질의 용해도를 나타내는 사진이다.
도 3a 내지 도 4b를 살펴보면, 실시예 1 내지 2에 따라 제조된 수소저장물질안에서는 1,1’-메틸렌다이벤젠 내에 1,1’-바이페닐이 완전 용해되어 액상 수소저장물질이 구현됨을 확인할 수 있었다. 이에 반해, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 수소저장물질을 살펴보면 1,1’-메틸렌다이벤젠에 1,1’-바이페닐이 완전 용해되지 않고, 결정이 생기는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 1,1’-메틸렌다이벤젠과 1,1’-바이페닐이 1:1로 반응한 경우 1,1’-바이페닐의 결정이 다량으로 석출되는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
하기 표 2에 기재된 비율(1.85 wt%)로 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 혼합하여 액상수소저장물질을 제조하였다.
1,1’-바이페닐 1,1’-메틸렌다이벤젠 촉매 온도 압력(H2)
실시예 4 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)		 150 ℃ 50bar
실시예 5 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)		 100 ℃ 50bar
실시예 6 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)		 80 ℃ 50bar
실시예 7 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)		 150 ℃ 40bar
실시예 8 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)		 100 ℃ 40bar
실시예 9 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)		 80 ℃ 40bar
이후, 상기 표 3에 기재된 온도, 압력 및 촉매 조건 하에서 상기 각각의 액상 수소저장물질을 포함하는 챔버와 수소(H2)가스를 반응시켜 수소화반응을 진행하였다.
이어서, 최종생성물의 1H-NMR 스펙트럼 결과를 도 5a에 나타내었고, 고온도와 압력 변화에 따른 수소화반응 소요시간을 측정하여 도 5b에 나타내었으며, 실시예 별 반응소요시간을 표 3에 나타내었다. 또한, 50 bar 및 40 bar의 고정 압력 조건 하에서 각 시간별 MFC 값을 측정하여 도 6 및 도 7에 나타내었다. 상기 표와 도면에서 반응소요시간은 수소저장물질과 주입하는 수소(H2)가스가 더 이상 반응하지 않는 반응 완결 시간을 의미한다.
1,1’-바이페닐 1,1’-메틸렌다이벤젠 반응소요시간
실시예 4 2g 3.7g 17분
실시예 5 2g 3.7g 60분
실시예 6 2g 3.7g 95분
실시예 7 2g 3.7g 37분
실시예 8 2g 3.7g 75분
실시예 9 2g 3.7g 90분
도 5a를 살펴보면, 1H-NMR 스펙트럼에서 벤젠고리에 해당되는 부분이 발견되지 않아 수소화반응이 제대로 진행된 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 표 3, 도 5a, 6 및 7을 살펴보면, 150 ℃ 및 50bar 조건에서 반응이 가장 원활히 수행됨을 확인할 수 있었다.
[실험예 3]
하기 표 4에 기재된 비율(1.85 wt%)로 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 혼합하여 액상수소저장물질을 제조하고, 150℃ 의 온도 및 50bar의 압력 조건과 표 4에 기재된 촉매 조건 하에서 상기 각각의 액상 수소저장물질을 포함하는 챔버와 수소(H2)가스를 반응시켜 수소화반응을 진행하였다.
이후, 최종 생성물의 반응종결까지 소요되는 반응 소요시간을 측정하여 표 4와 도 8 내지 9에 나타내었다.
1,1’-바이페닐 1,1’-메틸렌다이벤젠 촉매 액상 수소저장물질과 촉매의 중량비율 반응소요시간
실시예 4 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)
(0.57g)		 1.0:0.1 17분
실시예 10 1g 1.85g Ru/Al2O3
(5 wt%)
(0.285g)		 0.5:0.05 10분
실시예 11 2g 3.7g Ru/Al2O3
(5 wt%)
(0.285g)		 1.0:0.05 30분
상기 표 4를 살펴보면, 1,1’-바이페닐, 1,1’-메틸렌다이벤젠 및 촉매의 함량 비율을 절반으로 한 경우에도 수소화반응이 원활히 진행됨을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 10의 경우 반응종결까지 10분이 소요됨을 확인할 수 있었다.
[실험예 4]
하기 표 5에 기재된 비율로 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 혼합하여 액상수소저장물질을 제조하고, 각 물질의 Equilibrium conversion data(liquid state)에 따른 온도별 수소저장용량을 계산하여 관측하여 도 10 및 11에 나타내었다.
1,1’-바이페닐 1,1’-메틸렌다이벤젠
실시예 12 3.0g 7.0g
실시예 13 3.5g 6.5g
비교예 3 1.0g 9.0g
비교예 4 2.0g 8.0g
도 10 및 11를 살펴보면, 500 K 내지 600 K 범위에서 액상 수소저장물질 전체 중량에 대하여 약 0.01 내지 7wt% 의 수소 저장 용량값을 보이는 것을 확인할 수 있었으며 특히, 실시예 12 및 13에 따른 액상 수소저장 물질의 경우에는 약 551 내지 554 K의 온도 조건 하에서 약 5wt%의 수소 저장 용량 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 5]
실시예 1에 따라 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 혼합하여 액상수소저장물질을 제조하고, 150℃의 온도 조건 및 50bar의 압력 조건과 Ru/Al2O3 (5 wt%) 촉매 조건 하에서 상기 각각의 액상 수소저장물질을 포함하는 챔버내에서 액상 수소저장물질과 수소(H2)가스를 반응시켜 수소화반응을 진행하였다.
이후, 280℃의 온도 조건 및 1bar의 압력 조건과 Pd/N-C(8 wt%) 촉매 조건 하에서 상기 수소화된 액상 수소저장물질을 이용하여 탈수소화반응을 진행하였다(도 12 참조).
도 13을 살펴보면, 실시예 1에 따라 제조된 액상 수소저장물질을 이용하여 수소화반응을 진행하고, 탈수소화반응을 진행한 경우 약 80% 이상의 전환율로 수소가 방출됨을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 액상 수소저장물질은 기타 압축 가스에 비하여 월등히 높은 무게 및 부피 대비 수소저장용량을 가져 연료 전지 등 수소의 저장 및 방출이 요구되는 분야에서 널리 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (10)

1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 포함하는 액상 수소저장물질로서,
상기 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 포함하고,
상기 1,1’-바이페닐은 상기 1,1’-메틸렌다이벤젠에 용해되고,
상기 액상 수소저장물질은 액상 수소저장물질 전체 중량 대비 5 wt% 이상의 수소를 저장하는 액상 수소저장물질.
제1항에 있어서,
상기 액상 수소저장물질은 상기 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8의 중량비율로 포함하는 액상 수소저장물질.
제2항에 있어서,
상기 1,1’-바이페닐은 상기 1,1’-메틸렌다이벤젠에 완전 용해되는 액상 수소저장물질.
제1항에 있어서,
연료전지용 액상 수소저장물질.
액상 수소저장물질의 제조 방법으로서,
1,1’-바이페닐 고체를 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체에 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 용해시켜 액상 수소저장물질을 제조하는 것을 포함하고,
상기 1,1’-바이페닐은 상기 1,1’-메틸렌다이벤젠에 용해되고,
상기 액상 수소저장물질은 액상 수소저장물질 전체 중량 대비 5 wt% 이상의 수소를 저장하는 액상 수소저장물질의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 액상 수소저장물질은 상기 1,1’-바이페닐과 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8의 중량비율로 포함하고,
상기 1,1’-바이페닐 고체는 1,1’-메틸렌다이벤젠 액체에 완전 용해되는 액상 수소저장물질의 제조 방법.
수소저장방법으로서,
1,1’-바이페닐 및 1,1’-메틸렌다이벤젠을 1:1.8 내지 1:2.5의 중량비율로 혼합하여 액상 수소저장물질을 제조하는 단계; 및
상기 액상 수소저장물질에 수소화반응을 진행하여 수소를 저장하는 단계;를 포함하고,
상기 1,1’-바이페닐은 상기 1,1’-메틸렌다이벤젠에 용해되고,
상기 액상 수소저장물질은 액상 수소저장물질 전체 중량 대비 5 wt% 이상의 수소를 저장하는 수소저장방법.
제7항에 있어서,
상기 수소화반응은 80 내지 150℃의 온도 조건 및 40 내지 50 bar의 압력조건 하에서 수행되는 수소저장방법.
제7항에 있어서,
상기 수소화반응은 루테늄을 포함하는 촉매 조건 하에 수행되는 것인 수소저장방법.
제9항에 있어서,
상기 촉매는 상기 액상 수소저장물질 전체 중량에 대하여 0.5 내지 7wt%의 중량비율로 반응하는 수소저장방법.
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