KR20240041146A - Liquid hydrogen storage and transportation systems - Google Patents

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KR20240041146A
KR20240041146A KR1020220120316A KR20220120316A KR20240041146A KR 20240041146 A KR20240041146 A KR 20240041146A KR 1020220120316 A KR1020220120316 A KR 1020220120316A KR 20220120316 A KR20220120316 A KR 20220120316A KR 20240041146 A KR20240041146 A KR 20240041146A
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hydrogen
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type adsorbent
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KR1020220120316A
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오현철
문회리
하준수
박재우
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울산과학기술원
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Abstract

액체수소의 저장 및 운송 시스템은 특정 최대직경 및 기공 부피를 만족하는 기공(void)을 포함하는 물리흡착형 흡착제를 포함함에 따라, 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량이 높을 뿐만 아니라 체적 흡착 용량이 높고, 수소의 탈착온도가 높은 장점이 있다. 따라서, 본 특징을 만족하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템을 활용하여 장거리 대륙수송을 위해 상업적으로 활용이 가능하다.As the liquid hydrogen storage and transportation system includes a physisorption-type adsorbent containing pores (voids) that satisfy a certain maximum diameter and pore volume, the physisorption-type adsorbent not only has a high maximum saturated adsorption amount, but also has a high volumetric adsorption capacity. , it has the advantage of having a high desorption temperature of hydrogen. Therefore, it is possible to use liquid hydrogen commercially for long-distance continental transportation by utilizing a storage and transportation system that satisfies these characteristics.

Description

액체수소의 저장 및 운송 시스템{Liquid hydrogen storage and transportation systems}Liquid hydrogen storage and transportation systems}

액체수소의 저장 및 운송 시스템에 관한 것이다.It relates to a storage and transportation system for liquid hydrogen.

화석 기반 에너지에 대한 지속 가능하고 깨끗한 대안으로서 수소 연료가 각광받고 있다. 그러나, 수소를 연료로 활용하기 위해선 효율적이며 신뢰할 수 있는 저장 및 전달 기술이 필요하다.Hydrogen fuel is gaining attention as a sustainable and clean alternative to fossil-based energy. However, utilizing hydrogen as a fuel requires efficient and reliable storage and delivery technology.

특히, 액체수소는 기체수소에 비해 폭발 위험성이 낮고 전달 용이성이 높으며 유통비용이 저렴하므로 액체수소의 저장 및 전달 기술의 필요성이 높아지고 있는 실정이다.In particular, liquid hydrogen has a lower risk of explosion, higher ease of delivery, and lower distribution costs than gaseous hydrogen, so the need for storage and delivery technology for liquid hydrogen is increasing.

다만, 액체수소는 끓는점이 낮아 기존 액체수소(LH2) 용기 및 수소액체(LH2) 탱크의 경우 불가피한 열 유입에 따라 액체수소(LH2)가 빠르게 기화하여 기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크의 내부 압력을 증가시킬 뿐만 아니라 증발 손실이 커지는 문제점이 있었다.However, liquid hydrogen has a low boiling point, so in the case of existing liquid hydrogen (LH 2 ) containers and liquid hydrogen (LH 2 ) tanks, liquid hydrogen ( LH 2 ) evaporates quickly due to inevitable heat inflow. There was a problem that not only did the internal pressure of the liquid hydrogen (LH 2 ) tank increase, but evaporation loss also increased.

대한민국 등록특허공보 제10-1330167호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1330167

다공성 물질 내부의 적정 기공(void) 직경 및 부피를 가지고 있는 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제, 및 액체수소(Liquid hydrogen; LH2)를 포함하는 저장용기를 포함하고, 상기 물리흡착형 흡착제와 액체수소(LH2)가 반데르발스 상호작용(Van der Waals interaction)에 의해 물리적으로 흡착되어 수소 액화 온도보다 높은 온도에서도 효율적으로 저장/운송이 가능한 액체수소의 저장 및 운송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.A physical absorption type adsorbent having an appropriate pore diameter and volume inside a porous material, and a storage container containing liquid hydrogen (LH 2 ), wherein the physical absorption type adsorbent and the liquid The purpose is to provide a storage and transportation system for liquid hydrogen that allows efficient storage/transportation even at a temperature higher than the hydrogen liquefaction temperature by physically adsorbing hydrogen (LH 2 ) through Van der Waals interaction. do.

일 양태에 따른 액체수소의 저장 및 운송 시스템은 기공(void)을 포함하는 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제, 및 액체수소(Liquid hydrogen; LH2)를 포함하는 저장용기를 포함하고, 상기 물리흡착형 흡착제와 액체수소(LH2)가 반데르발스 상호작용(Van der Waals interaction)에 의해 물리적으로 흡착되고, 액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 비율은, 빈 저장용기의 액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 전체 100% 기준, 85% 내지 110%인 것을 특징으로 한다.A storage and transport system for liquid hydrogen according to one aspect includes a physical adsorption type adsorbent containing pores, and a storage container containing liquid hydrogen (LH 2 ), wherein the physical adsorption The adsorbent and liquid hydrogen (LH 2 ) are physically adsorbed by Van der Waals interaction, and the volume adsorption capacity ratio for liquid hydrogen (LH 2 ) is determined by the liquid hydrogen (LH) of the empty storage container. 2 ) It is characterized in that it is 85% to 110% based on 100% of the total volumetric adsorption capacity.

상기 물리흡착형 흡착제는 불포화 금속 부위(Unsaturated metal site)를 더 포함한다.The physisorption-type adsorbent further includes an unsaturated metal site.

상기 물리흡착형 흡착제의 기공의 최대직경은 0.5nm 내지 20nm이다.The maximum diameter of the pores of the physical adsorption type adsorbent is 0.5 nm to 20 nm.

상기 물리흡착형 흡착제의 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 59부피% 내지 96부피%이다.The pore volume of the physisorption-type adsorbent is 59 volume% to 96 volume%, based on 100 volume% of the total physisorption-type adsorbent.

상기 물리흡착형 흡착제의 탈착온도(desorption temperature)는 25K 이상이다.The desorption temperature of the physical adsorption type adsorbent is 25K or more.

상기 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량(maximum saturation uptakes)는 55mmol/g 내지 120mmol/g이다.The maximum saturation uptake of the physisorption-type adsorbent is 55 mmol/g to 120 mmol/g.

상기 물리흡착형 흡착제의 결정밀도(Crystal density)는 0.20g/cc 내지 0.60g/cc이다.The crystal density of the physisorption-type adsorbent is 0.20 g/cc to 0.60 g/cc.

상기 물리흡착형 흡착제의 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity)은 30mol/L 내지 40 mol/L이다.The volumetric uptake capacity of the physisorption-type adsorbent is 30 mol/L to 40 mol/L.

액체수소의 저장 및 운송 시스템은 적정 기공 직경(0.5~20 nm) 및 기공 부피(80% 이상)를 만족하는 기공(void)을 포함하는 물리흡착형 흡착제를 포함함에 따라, 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량이 높을 뿐만 아니라 체적 흡착 용량이 높고, 수소의 탈착온도가 높은 장점이 있다. 따라서, 본 특징을 만족하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템을 활용하여 장거리 대륙 수송을 위해 상업적으로 활용이 가능하다.The liquid hydrogen storage and transportation system includes a physisorption-type adsorbent containing pores (voids) that satisfy an appropriate pore diameter (0.5-20 nm) and pore volume (80% or more), so that the maximum physisorption-type adsorbent It has the advantage of not only having a high saturated adsorption amount, but also a high volumetric adsorption capacity and a high desorption temperature of hydrogen. Therefore, it is possible to commercially utilize liquid hydrogen for long-distance continental transportation by utilizing a storage and transportation system that satisfies these characteristics.

도 1a는 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기에 대해 등체적 탈착 측정(Isochoric sorption measurement)한 개략도이다.
도 1b는 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 대해 등체적 탈착 측정(Isochoric sorption measurement)한 개략도이다.
도 2는 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기와 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 등체적 탈착 측정(Isochoric sorption measurement) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 액체수소의 저장 및 수송 시스템에서 20.3K에서의 조건에서 수소를 포화 흡착하여 등체적 탈착 측정(Isochoric sorption measurement)한 개략도이다.
도 4는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 1bar 20.3K에서의 조건에서 수소를 포화 흡착시킨 후 흡착등온선 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 액체수소의 저장 및 수송 시스템과 빈 저장용기의 저장용량 100% 기준 수소가스 투입량을 50%(도 5a), 80%(도 5b), 및 100%(도 5c)으로 투입했을 때 온도에 따른 등체적 탈착 측정 결과 그래프이다.
도 6은 빈 저장용기 1L에 대한 액체수소 저장용량 전체 100% 대비 액체수소에 대한 저장 및 수송 시스템의 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity; Cryo-adsorbed system) 비율 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7a는 10K 및 18K에서 측정된 para-hydrogen bulk solid 및 para-hydrogen bulk liquid에 대한 INS 스펙트럼이다.
도 7b는 20K에서 서로 다른 양의 para-hydrogen이 투입된 액체수소의 저장 및 수송 시스템(DUT-6(Zn))의 INS 스펙트럼이다.
도 7c는 도 7b의 투입된 para-hydrogen 량에 따른 INS 강도 변화 스펙트럼이다.
Figure 1a is a schematic diagram of isochoric sorption measurement on an empty storage container without physisorption-type adsorbent.
Figure 1b is a schematic diagram of isochoric sorption measurement for a storage and transport system of liquid hydrogen.
Figure 2 is a graph showing the isochoric sorption measurement results of an empty storage vessel without a physisorption-type adsorbent and a storage and transport system for liquid hydrogen.
Figure 3 is a schematic diagram of isochoric sorption measurement by saturated adsorption of hydrogen under conditions at 20.3K in a liquid hydrogen storage and transport system.
Figure 4 is a graph showing the results of the adsorption isotherm after saturated adsorption of hydrogen under the condition of 1 bar 20.3K in the liquid hydrogen storage and transportation system.
Figures 5a to 5c show the liquid hydrogen storage and transport system and the hydrogen gas input amount of 50% (Figure 5a), 80% (Figure 5b), and 100% (Figure 5c) based on 100% of the storage capacity of the empty storage container. This is a graph of the isovolumetric desorption measurement results according to temperature.
Figure 6 is a graph showing the ratio results of the volumetric uptake capacity (cryo-adsorbed system) of the storage and transport system for liquid hydrogen compared to the total 100% liquid hydrogen storage capacity for 1 L of an empty storage container.
Figure 7a shows INS spectra for para-hydrogen bulk solid and para-hydrogen bulk liquid measured at 10K and 18K.
Figure 7b is the INS spectrum of the liquid hydrogen storage and transport system (DUT-6(Zn)) into which different amounts of para-hydrogen were added at 20K.
Figure 7c is a spectrum of INS intensity change according to the amount of para-hydrogen added in Figure 7b.

이상의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, it is not limited to the embodiments described here and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the technical ideas can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from the actual size for clarity of the present invention. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only being “directly above” the other part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be "underneath" another part, this includes not only being "immediately below" the other part, but also cases where there is another part in between.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions used herein expressing quantities of components, reaction conditions, polymer compositions, and formulations are intended to represent, among other things, how such numbers inherently occur in obtaining such values. Since they are approximations reflecting the various uncertainties of measurement, they should be understood in all cases as being qualified by the term "approximately". Additionally, where a numerical range is disclosed herein, such range is continuous and, unless otherwise indicated, includes all values from the minimum to the maximum of such range inclusively. Furthermore, when such range refers to an integer, all integers from the minimum value up to and including the maximum value are included, unless otherwise indicated.

본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In this specification, when a range is stated for a variable, the variable will be understood to include all values within the stated range, including the stated endpoints of the range. For example, the range "5 to 10" includes the values 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. It will be understood that it also includes any values between integers that fall within the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5, and 6.5 to 9, etc. Also, for example, the range "10% to 30%" includes values such as 10%, 11%, 12%, 13%, etc. and all integers up to and including 30%, as well as 10% to 15%, 12% to 12%, etc. It will be understood that it includes any subranges, such as 18%, 20% to 30%, etc., and any value between reasonable integers within the range of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, etc.

기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크의 경우 액체수소의 끓는점이 낮아 불가피하게 열이 유입될 경우 수소액체(LH2)가 빠르게 기화하여 기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크의 내부 압력을 증가시킬 뿐만 아니라 증발 손실이 커지는 문제점이 있었다. In the case of existing liquid hydrogen (LH 2 ) containers and liquid hydrogen (LH 2 ) tanks, the boiling point of liquid hydrogen is low , so if heat is inevitably introduced, the liquid hydrogen (LH 2 ) vaporizes quickly and There was a problem that not only did the internal pressure of the liquid hydrogen (LH 2 ) tank increase, but evaporation loss also increased.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 적정 기공 직경(0.5~20 nm) 및 기공 부피(80% 이상)를 만족하는 기공(void)을 포함하는 물리흡착형 흡착제를 포함하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템에서 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량이 높을 뿐만 아니라 체적 흡착 용량이 높고, 수소의 탈착온도가 높은 장점이 있다는 것을 발견하고 이를 완성하였다.Accordingly, the present inventors conducted intensive research to solve the above problem, and as a result, a liquid containing a physisorption-type adsorbent containing pores (voids) satisfying the appropriate pore diameter (0.5-20 nm) and pore volume (80% or more) was obtained. It was discovered and completed that the physisorption-type adsorbent has the advantages of high maximum saturated adsorption capacity, high volumetric adsorption capacity, and high desorption temperature of hydrogen in a hydrogen storage and transportation system.

일 양태에 따른 액체수소의 저장 및 운송 시스템은 기공(void)을 포함하는 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제, 및 액체수소(Liquid hydrogen; LH2)를 포함하는 저장용기를 포함한다. 특히, 물리흡착형 흡착제와 액체수소(LH2)가 반데르발스 상호작용(Van der Waals interaction)에 의해 물리적으로 흡착되는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는, 이의 액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 비율은, 빈 저장용기의 액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 전체 100% 기준, 80% 이상일 수 있다.A storage and transportation system for liquid hydrogen according to one aspect includes a physical absorption type adsorbent containing pores, and a storage container containing liquid hydrogen (LH 2 ). In particular, the physisorption-type adsorbent and liquid hydrogen (LH 2 ) are characterized in that they are physically adsorbed by Van der Waals interaction, and preferably, the volume relative to the liquid hydrogen (LH 2 ) is The adsorption capacity ratio may be 80% or more, based on 100% of the total volumetric adsorption capacity for liquid hydrogen (LH 2 ) of the empty storage container.

일 구현예에 따라, 저장용기는 액체수소의 저장 및 운송 시스템에서 사용할 수 있는 통상의 저장용기일 수 있다. 일 실시예에 따라, 저장용기의 부피는 1m3 내지 50,000m3일 수 있다. 수치범위를 벗어나, 저장용기의 부피가 너무 작으면 증발손실이 증가하는 단점이 있고, 저장용기의 부피가 너무 크면 많은 양의 흡착제 필요와 액화에 많은 에너지가 소모되는 단점이 있다. 또한, 저장용기의 열전달에 따라 증발 손실이 달라질 수 있다.According to one embodiment, the storage vessel may be a conventional storage vessel that can be used in a liquid hydrogen storage and transportation system. According to one embodiment, the volume of the storage container may be 1 m 3 to 50,000 m 3 . Outside the numerical range, if the volume of the storage container is too small, evaporation loss increases, and if the volume of the storage container is too large, a large amount of adsorbent is required and a lot of energy is consumed for liquefaction. Additionally, evaporation loss may vary depending on the heat transfer of the storage container.

일 실시예에 따라, 액체수소(Liquid hydrogen; LH2)는 기체수소를 극저온상태인 -253.15℃ 이하, 바람직하게는, -259.05℃ 내지 -252.87℃로 냉각해 액화한 수소일 수 있다.According to one embodiment, liquid hydrogen (LH 2 ) may be hydrogen liquefied by cooling gaseous hydrogen to a cryogenic temperature of -253.15°C or lower, preferably to -259.05°C to -252.87°C.

일 구현예에 따라, 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제는 액체수소를 효율적으로 흡착시켜 흡착제가 차지하는 골격 부피 이상의 액체수소를 흡착시켜 체적 흡착 용량이 높은 것이라면 특별하게 제한되지 않고, 예를 들어, MOF-177 (microporous), MFU-4l (hierarchically microporous), DUT-6(Zn) (micro and mesoporous), MIL-53(Al) (a flexible framework), 및 MOF-74(Ni) (contains open metal sites)일 수 있다.According to one embodiment, the physisorption type adsorbent is not particularly limited as long as it has a high volumetric adsorption capacity by efficiently adsorbing liquid hydrogen more than the skeleton volume occupied by the adsorbent, for example, MOF. -177 (microporous), MFU-4l (hierarchically microporous), DUT-6(Zn) (micro and mesoporous), MIL-53(Al) (a flexible framework), and MOF-74(Ni) (contains open metal sites) ) can be.

일 실시예에 따라, 물리흡착형 흡착제의 기공의 최대직경은 0.5nm 내지 20nm 일 수 있다. 수치범위를 벗어나, 최대직경이 너무 작으면 낮은 내부 확산인 단점이 있고, 최대직경이 너무 크면 낮은 물리흡착인 단점이 있다. 또한, 물리흡착형 흡착제의 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 60부피% 내지 96부피%일 수 있다. 수치범위를 벗어나, 기공부피가 너무 작으면 낮은 액체수소 용량인 단점이 있고, 기공부피를 더 크게 만들기는 물리적으로 어려운 단점이 있다.According to one embodiment, the maximum diameter of the pores of the physisorption-type adsorbent may be 0.5 nm to 20 nm. Outside the numerical range, if the maximum diameter is too small, there is a disadvantage of low internal diffusion, and if the maximum diameter is too large, there is a disadvantage of low physical adsorption. Additionally, the pore volume of the physisorption-type adsorbent may be 60 volume% to 96 volume% based on 100 volume% of the total physisorption-type adsorbent. If the pore volume is outside the numerical range and is too small, there is a disadvantage of low liquid hydrogen capacity and it is physically difficult to make the pore volume larger.

일 구현예에 따라, 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제는 강한 상호작용할 수 있는 불포화 금속 부위를 더 포함할 수 있다. 즉, 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 기공의 특정 최대직경 및 기공부피를 만족하고 추가적으로 불포화 금속 결합 부위를 더 포함하는 흡착제를 포함함으로써 물리흡착형 흡착제와 액체수소(LH2)가 반데르발스 상호작용(Van der Waals interaction)에 의해 물리적 흡착성이 우수한 장점이 있다.According to one embodiment, the physisorption type adsorbent may further include an unsaturated metal moiety capable of strong interaction. That is, in the case of a storage and transport system for liquid hydrogen, an adsorbent that satisfies a specific maximum diameter and pore volume and additionally contains an unsaturated metal binding site is included, so that the physisorption type adsorbent and liquid hydrogen (LH 2 ) can be converted to van der Waals It has the advantage of excellent physical adsorption due to Van der Waals interaction.

일 구현예에 따라, 물리흡착형 흡착제를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 수소를 포화 흡착시킬 경우, 전형적인 미세 다공성 물질의 흡착거동을 나타내는 흡착등온선이 나타날 수 있고, 이에 따른 최대 포화 흡착량(maximum saturation uptakes)는 15mmol/g 내지 120mmol/g일 수 있고, 바람직하게는, 55mmol/g 내지 120mmol/g일 수 있다. 일 실시예에 따라, 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 포함된 물리흡착형 흡착제인 DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MIL-53(Al), 및 MOF-74(Ni)의 최대 포화 흡착량은 DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MOF-74(Ni) 및 MIL-53(Al)에 대해 각각 88.4 mmol/g, 71.6 mmol/g, 57.6 mmol/g, 24.7 mmol/g, 및 19.0mmol/g일 수 있다. According to one embodiment, when hydrogen is saturated adsorbed to a liquid hydrogen storage and transport system containing a physisorption-type adsorbent, an adsorption isotherm showing the adsorption behavior of a typical microporous material may appear, and the maximum saturated adsorption amount accordingly (maximum saturation uptakes) may be 15 mmol/g to 120 mmol/g, preferably 55 mmol/g to 120 mmol/g. According to one embodiment, the physisorption-type adsorbents DUT-6 (Zn), MOF-177, MFU-4l, MIL-53 (Al), and MOF-74 (Ni) included in the storage and transportation system of liquid hydrogen. The maximum saturated adsorption amounts were 88.4 mmol/g, 71.6 mmol/g, and 57.6 mmol/g for DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MOF-74(Ni), and MIL-53(Al), respectively. g, 24.7 mmol/g, and 19.0 mmol/g.

일 구현예에 따라, 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 투입되는 수소기체(H2)의 투입량은, 기존 수소액체(LH2) 용기 및 수소액체(LH2) 탱크에 투입되는 수소기체(H2)의 투입량과 유사하면서도 적절한 탈착온도 유지를 위해, 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량 전체 100% 대비, 50% 내지 100%일 수 있고, 바람직하게는, 50% 내지 80%일 수 있다.According to one embodiment, the amount of hydrogen gas (H 2 ) introduced into the liquid hydrogen storage and transport system is the hydrogen gas (H 2 ) introduced into the existing liquid hydrogen (LH 2 ) container and liquid hydrogen (LH 2 ) tank . ) In order to maintain an appropriate desorption temperature while similar to the input amount, it may be 50% to 100%, preferably 50% to 80%, of the total 100% maximum saturated adsorption amount of the physisorption-type adsorbent.

일 구현예에 따라, 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 포함된 물리흡착형 흡착제의 탈착온도(desorption temperature)는, 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 투입되는 수소기체(H2)의 투입량 80% 내지 100%에 따라, 20K 이상(기존 빈 저장용기의 탈착온도 12K에 비해 높음)일 수 있고, 바람직하게는, 30K 이상, 더 바람직하게는, 33K 내지 45K일 수 있다. 일 실시예에 따라, 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 포함된 물리흡착형 흡착제인 DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MIL-53(Al), 및 MOF-74(Ni)의 탈착온도는 20 K, 24 K, 24 K, 33 K 및 45K일 수 있다.According to one embodiment, the desorption temperature of the physisorption-type adsorbent included in the liquid hydrogen storage and transportation system is 80% to 80% of the amount of hydrogen gas (H 2 ) introduced into the liquid hydrogen storage and transportation system. Depending on 100%, it may be 20K or more (higher than the desorption temperature of 12K of existing empty storage containers), preferably 30K or more, more preferably 33K to 45K. According to one embodiment, the physisorption-type adsorbents DUT-6 (Zn), MOF-177, MFU-4l, MIL-53 (Al), and MOF-74 (Ni) included in the storage and transportation system of liquid hydrogen. The desorption temperature may be 20 K, 24 K, 24 K, 33 K, and 45 K.

즉, 대부분 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 각각 특정 최대직경 및 기공부피를 만족하는 흡착제를 포함함으로써 H2와 흡착제 간의 흡착에너지에 의한 상호작용을 향상시켜 탈착온도가 증가하고, 특히, 흡착제가 불포화 금속 결합 부위를 더 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 수소-흡착제 상호작용이 더 활발하게 발생하여 탈착온도가 기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크에 비해 더 높은 특징이 있다.That is, in most liquid hydrogen storage and transport systems, the adsorption temperature increases by improving the interaction between H 2 and the adsorbent by the adsorption energy by including an adsorbent that satisfies a specific maximum diameter and pore volume. In particular, the adsorbent In the case of a liquid hydrogen storage and transport system that further includes unsaturated metal binding sites, hydrogen-adsorbent interaction occurs more actively, so the desorption temperature is higher than that of existing liquid hydrogen (LH 2 ) containers and liquid hydrogen (LH 2 ) tanks. It has high characteristics.

일 실시예에 따라, 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 포함된 물리흡착형 흡착제의 결정밀도(Crystal density)는 0.20g/cc 내지 0.98g/cc일 수 있고, 바람직하게는, 0.20g/cc 내지 0.60g/cc일 수 있다.According to one embodiment, the crystal density of the physisorption-type adsorbent included in the liquid hydrogen storage and transportation system may be 0.20 g/cc to 0.98 g/cc, and preferably, 0.20 g/cc to 0.20 g/cc. It may be 0.60g/cc.

일 실시예에 따라, 물리흡착형 흡착제의 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity)은 저장용기 1L 기준, 최대 포화 흡착량 및 결정밀도에 따라 결정될 수 있고, 바람직하게는, 18mol/L 내지 40 mol/L일 수 있고, 더 바람직하게는, 30mol/L 내지 34 mol/L일 수 있다. 구체적으로, 각각의 DUT-6(Zn), MFU-4l, MOF-177, MOF-74(Ni), 및 MIL-53(Al)의 물리흡착형 흡착제를 포함하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템의 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity)은 각각 33.6mol/L, 32.3mol/L, 30.8mol/L, 29.79mol/L, 및 18.58mol/L일 수 있다.According to one embodiment, the volumetric uptake capacity of the physisorption-type adsorbent may be determined based on the maximum saturated adsorption amount and crystal density based on 1L of storage container, and is preferably 18 mol/L to 40 mol/L. It may be, and more preferably, it may be 30 mol/L to 34 mol/L. Specifically, a storage and transport system for liquid hydrogen including physisorption-type adsorbents of each of DUT-6 (Zn), MFU-4l, MOF-177, MOF-74 (Ni), and MIL-53 (Al). Volumetric uptake capacity may be 33.6mol/L, 32.3mol/L, 30.8mol/L, 29.79mol/L, and 18.58mol/L, respectively.

이에 따라, 물리흡착형 흡착제를 포함하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템의 체적 흡착 용량 비율은, 빈 저장용기의 1L 해당 부피에 대한 체적 흡착 용량은 35.2mol L-1이므로, 이를 전체 100%로 두면, 바람직하게는, 50% 내지 96%일 수 있고, 바람직하게는, 85% 내지 110%일 수 있다. 구체적으로, 각각의 DUT-6(Zn), MFU-4l, MOF-177, MOF-74(Ni), 및 MIL-53(Al)의 물리흡착형 흡착제를 포함하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템의 체적 흡착 용량 비율은, 각각 96%(33.6mol/L), 92%(32.3mol/L), 88%(30.8mol/L), 85%(29.79mol/L), 및 53%(18.58mol/L)일 수 있다.Accordingly, the volumetric adsorption capacity ratio of the liquid hydrogen storage and transportation system containing the physisorption-type adsorbent is 35.2mol L-1 for the corresponding volume of 1L of the empty storage container, so if this is set to 100% overall, , Preferably, it may be 50% to 96%, and preferably, it may be 85% to 110%. Specifically, a storage and transport system for liquid hydrogen including physisorption-type adsorbents of each of DUT-6 (Zn), MFU-4l, MOF-177, MOF-74 (Ni), and MIL-53 (Al). The volume adsorption capacity ratios were 96% (33.6 mol/L), 92% (32.3 mol/L), 88% (30.8 mol/L), 85% (29.79 mol/L), and 53% (18.58 mol/L), respectively. L) may be.

이를 종합하면, 낮은 결정 밀도와 가장 높은 최대 포화 흡착량을 갖고 체적 흡착 용량 비율이 높더라도 탈착온도가 너무 작거나 탈착온도가 높더라도 체적 흡착 용량이 낮으면 최적의 시스템을 구축할 수 없는 바, 액체수소의 저장 및 수송 시스템은 특정 최대직경 및 기공부피를 만족하는 흡착제를 포함하므로, 물리흡착형 흡착제의 골격 및 표면에서 수소-수소 간 인력에 비해 흡착제-수소 사이의 상호작용이 더 커짐에 따라 흡착제-수소 결합길이가 수소-수소 결합길이보다 짧아져 흡착제 기공벽 근처에서 수소밀도가 더 높아짐으로써, 체적 흡착 용량이 상대적으로 높으면서도 탈착온도가 상대적으로 높은 최적의 시스템을 활용할 수 있는 장점이 있다.In summary, even if the volumetric adsorption capacity ratio is high with a low crystal density and the highest maximum saturated adsorption capacity, an optimal system cannot be built if the desorption temperature is too small or the volumetric adsorption capacity is low even if the desorption temperature is high. Since the storage and transport system of liquid hydrogen includes an adsorbent that satisfies a certain maximum diameter and pore volume, the interaction between the adsorbent and hydrogen becomes larger compared to the attraction between hydrogen and hydrogen on the skeleton and surface of the physisorption type adsorbent. The adsorbent-hydrogen bond length is shorter than the hydrogen-hydrogen bond length, resulting in a higher hydrogen density near the adsorbent pore walls, which has the advantage of utilizing an optimal system with a relatively high volumetric adsorption capacity and a relatively high desorption temperature. .

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1 : 액체수소의 저장 및 운송 시스템 준비Example 1: Preparation of a storage and transportation system for liquid hydrogen

저장용기로 쿼츠 샘플 셀를 준비하고, 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제로 MOF-177 (microporous), MFU-4l (hierarchically microporous), DUT-6(Zn) (micro and mesoporous), MIL-53(Al) (a flexible framework), 및 MOF-74(Ni) (contains open metal sites)을 각각 준비하였다. 이때, MOF-177는 기공의 최대직경이 1.2nm 이고 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 83부피% 였다. 또한, MFU-4l는 기공의 최대직경이 0.9nm 이고 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 79부피% 였다. 또한, DUT-6(Zn)는 기공의 최대직경이 2.3nm 이고 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 85부피% 였다. 또한, MIL-53(Al)는 기공의 최대직경이 0.8nm 이고 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 59부피% 였다. 또한, MOF-74(Ni)는 기공의 최대직경이 0.6nm 이고 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 71부피% 였다.Prepare a quartz sample cell as a storage container, and use physical absorption type adsorbents such as MOF-177 (microporous), MFU-4l (hierarchically microporous), DUT-6(Zn) (micro and mesoporous), and MIL-53(Al). ) (a flexible framework), and MOF-74(Ni) (contains open metal sites) were prepared, respectively. At this time, MOF-177 had a maximum pore diameter of 1.2 nm and a pore volume (void volume) of 83 volume% based on 100 volume% of the total physisorption-type adsorbent. In addition, MFU-4l had a maximum pore diameter of 0.9 nm and a pore volume (void volume) of 79% by volume based on 100% by volume of the total physisorption-type adsorbent. In addition, DUT-6 (Zn) had a maximum pore diameter of 2.3 nm and a pore volume (void volume) of 85% by volume based on 100% by volume of the total physisorption-type adsorbent. In addition, MIL-53(Al) had a maximum pore diameter of 0.8 nm and a pore volume (void volume) of 59 vol% based on 100 vol% of the total physisorption-type adsorbent. In addition, MOF-74(Ni) had a maximum pore diameter of 0.6 nm and a pore volume (void volume) of 71 volume% based on 100 volume% of the total physisorption-type adsorbent.

실험예 1 : 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement)Experimental Example 1: Isochoric desorption measurement of liquid hydrogen storage and transport system

실시예 1과 같이 액체수소의 저장 및 수송 시스템과 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기를 각각 준비한 후, 도 1a 및 도 1b와 같이 상온(295K)에서 760mmHg(~1bar)의 수소를 투입시켜 등체적 탈착 측정(Isochoric sorption measurement)한 다음, 그 결과를 도 2에 나타내었다. After preparing a liquid hydrogen storage and transport system and an empty storage container without a physisorption-type adsorbent as in Example 1, 760 mmHg (~1 bar) of hydrogen was introduced at room temperature (295 K) as shown in Figures 1a and 1b, etc. After volumetric desorption measurement (Isochoric sorption measurement), the results are shown in Figure 2.

구체적으로, 등체적 탈착 측정을 위해 연결 밸브는 일정한 부피를 보장하기 위해 닫혀있었고, 수소를 투입시킨 후 시스템 및 용기를 각각 16K로 냉각시켰다. 이로 인해, 압력은 수소 응축 또는 완전한 흡착으로 인해 16K에서 0bar로 떨어졌다. 한편, 시스템 및 용기의 내부의 압력은 냉각 및 가열 중에 측정되었고, 이때, 용기의 압력은 3K min-1의 램핑 속도(ramping rate)로 측정되었다.Specifically, for isovolumetric desorption measurements, the connection valve was closed to ensure a constant volume, and after hydrogen was introduced, the system and vessel were cooled to 16K, respectively. Due to this, the pressure dropped from 16 K to 0 bar due to hydrogen condensation or complete adsorption. Meanwhile, the pressure inside the system and vessel was measured during cooling and heating, and at this time, the pressure of the vessel was measured at a ramping rate of 3K min -1 .

구체적으로, 도 1a는 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기에 대해 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement)한 개략도이고, 도 1b는 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 대해 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement)한 개략도이다. 또한, 도 2는 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기와 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement) 결과를 나타낸 그래프이다.Specifically, Figure 1a is a schematic diagram of an isochoric desorption measurement for an empty storage vessel without a physisorption-type adsorbent, and Figure 1b is a schematic diagram of an isochoric desorption measurement for a storage and transport system of liquid hydrogen. ) This is a schematic diagram. In addition, Figure 2 is a graph showing the isochoric desorption measurement results of an empty storage vessel without a physisorption-type adsorbent and a liquid hydrogen storage and transport system.

도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참고하면, 등체적 탈착 측정 결과, 빈 저장용기는 온도 증가에 따라 즉각적은 상전이가 진행되어 20K일 때 대부분 완료되는 것을 확인할 수 있었다. 20K 이후 압력이 증가하는 것은 H2 가스의 열팽창에 의한 것임도 확인할 수 있었다. 즉, 빈 저장용기의 급격한 압력 증가는 기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크의 H2 증발 현상과 유사한 것임을 확인할 수 있었는 바, 기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크에서의 불가피한 열 유입에 따라 액체수소(LH2)가 기화하여 기존 액체수소(LH2) 용기 및 액체수소(LH2) 탱크의 내부 압력을 증가시킨다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIGS. 1A, 1B, and 2, as a result of the isovolumetric desorption measurement, it was confirmed that an immediate phase transition occurred in the empty storage container as the temperature increased and was mostly completed at 20K. It was also confirmed that the increase in pressure after 20K was due to thermal expansion of H 2 gas. In other words, it was confirmed that the rapid increase in pressure in the empty storage container is similar to the H 2 evaporation phenomenon in the existing liquid hydrogen (LH 2 ) container and liquid hydrogen (LH 2 ) tank. It was confirmed that liquid hydrogen (LH 2 ) vaporizes due to the inevitable heat inflow from the (LH 2 ) tank, increasing the internal pressure of the existing liquid hydrogen (LH 2 ) container and liquid hydrogen (LH 2 ) tank.

한편, 물리흡착형 흡착제를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우, 압력 0bar에 해당하는 온도가 등체적 프로세스에서 ~35K 이상 증가하고, 모두 유사한 등체적 프로세스에 따른 그래프 패턴을 나타내며, 구체적인 탈착 온도는 빈 용기, MFU-4l, DUT-6(Zn), MOF-177, MIL-53(Al), MOF-74(Ni) 순으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.Meanwhile, in the case of a liquid hydrogen storage and transport system containing a physisorption-type adsorbent, the temperature corresponding to a pressure of 0 bar increases by more than ~35K in the isovolumetric process, and all show a graph pattern according to a similar isovolumetric process, with specific desorption The temperature was confirmed to increase in the order of empty containers, MFU-4l, DUT-6 (Zn), MOF-177, MIL-53 (Al), and MOF-74 (Ni).

이를 통해, 수소기체 분자와 흡착제 표면 사이의 강력한 반 데르 발스 힘으로 인해 수소기체 분자의 표면 탈착에는 더 많은 에너지가 필요하므로, 탈착은 H2 임계점인 33K(Tc) 이상에서 시작되는 것을 확인할 수 있었고, 압력 프로파일은 더 높은 온도에서 점차 S자 모양으로 그래프 패턴이 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 기공의 특정 최대직경 및 기공부피를 만족하는 흡착제를 포함함으로써 압력 팽창을 상당히 억제할 수 있으므로, 빈 저장용기에서의 12K의 개시 온도 대신 35K 이상에서 압력 증가가 측정되는 것을 확인할 수 있었다.Through this, it was confirmed that more energy is required for surface desorption of hydrogen gas molecules due to the strong van der Waals force between hydrogen gas molecules and the adsorbent surface, so desorption begins above the H 2 critical point of 33K (Tc). , it was confirmed that the pressure profile gradually showed an S-shaped graph pattern at higher temperatures. Therefore, in the case of a liquid hydrogen storage and transport system, pressure expansion can be significantly suppressed by including an adsorbent that satisfies the specific maximum diameter and pore volume of the pores, so the pressure increases above 35K instead of the onset temperature of 12K in an empty storage vessel. It was confirmed that was measured.

실험예 2 : 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 등온적 흡착 측정(Isotherms measurement)을 통한 저장용량(최대 포화 흡착량) 비교Experimental Example 2: Comparison of storage capacity (maximum saturated adsorption capacity) through isotherms measurement of liquid hydrogen storage and transport system

실시예 1과 같이 액체수소의 저장 및 수송 시스템을 준비한 후, 수소를 포화 흡착시켜 빈 저장용기 및 시스템의 물리적 저장용량의 상한을 통해 최대저장용량, 즉 최대 포화 흡착량을 평가하였다.After preparing a liquid hydrogen storage and transport system as in Example 1, hydrogen was saturated and adsorbed to evaluate the maximum storage capacity, that is, the maximum saturated adsorption capacity, based on the empty storage container and the upper limit of the physical storage capacity of the system.

이때, 구체적인 측정과정 및 측정조건은, 20.3K(H2의 액화 온도)에서 압력이 1bar가 될 때까지 수소를 포화 흡착시킨 후 흡착등온선을 측정하고 그 결과를 도 4에 나타내었다. 또한, 포화 흡착은 물리흡착형 흡착제의 표면흡착 및 기공 흡착을 모두 포함한 것이고, 1bar 및 20.3K(H2의 액화 온도)에서 얻은 수소 저장용량이 절대 흡착량의 물리적 상한선으로 간주하였다.At this time, the specific measurement process and measurement conditions were to saturately adsorb hydrogen at 20.3K (liquefaction temperature of H 2 ) until the pressure reached 1 bar, then measure the adsorption isotherm, and the results are shown in Figure 4. In addition, saturation adsorption includes both surface adsorption and pore adsorption of the physisorption-type adsorbent, and the hydrogen storage capacity obtained at 1 bar and 20.3 K (liquefaction temperature of H 2 ) was considered the physical upper limit of the absolute adsorption amount.

구체적으로, 도 3은 액체수소의 저장 및 수송 시스템에서 20.3K에서의 조건에서 수소를 포화 흡착하여 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement)한 개략도이다. 또한, 도 4는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 1bar 20.3K에서의 조건에서 수소를 포화 흡착시킨 후 흡착등온선 결과를 나타낸 그래프이다.Specifically, Figure 3 is a schematic diagram of isochoric desorption measurement by saturated adsorption of hydrogen under conditions at 20.3K in a liquid hydrogen storage and transport system. In addition, Figure 4 is a graph showing the results of the adsorption isotherm after saturated adsorption of hydrogen under the conditions of 1 bar 20.3K in the liquid hydrogen storage and transportation system.

도 3 및 도 4를 참고하면, MFU-4l, DUT-6(Zn), MOF-177, 및 MIL-53(Al), MOF-74(Ni)을 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템 모두 가역적인 H2 등온선을 나타내는 바, 유형 1의 흡착 거동을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었는 바, 전형적인 미세 다공성 물질의 특성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 20.3K 및 1bar에서 H2 흡착을 위한 액화 전 최대 포화 흡착량(maximum saturation uptakes)은 DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MOF-74(Ni) 및 MIL-53(Al)에 대해 각각 88.4 mmol g-1, 71.6 mmol g-1, 57.6 mmol g-1, 24.7 mmol g-1, 및 19.0mmol g-1인 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figures 3 and 4, all liquid hydrogen storage and transport systems including MFU-4l, DUT-6 (Zn), MOF-177, and MIL-53 (Al), MOF-74 (Ni) are reversible. As it shows the phosphorus H2 isotherm, it can be confirmed that it shows type 1 adsorption behavior, and it can be confirmed that it shows the characteristics of a typical microporous material. Accordingly, the maximum saturation uptakes before liquefaction for H2 adsorption at 20.3K and 1bar are DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MOF-74(Ni) and MIL-53( Al) were confirmed to be 88.4 mmol g -1 , 71.6 mmol g -1 , 57.6 mmol g -1 , 24.7 mmol g -1 , and 19.0 mmol g -1 , respectively.

실험예 3 : 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 저장용량에 대한 수소 가스 투입량 비율 변화 및 온도 변화에 따른 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement) 비교Experimental Example 3: Comparison of isochoric desorption measurement according to change in hydrogen gas input ratio and temperature change with respect to storage capacity of liquid hydrogen storage and transportation system

실험예 1과 대부분 동일하나 액체수소의 저장 및 수송 시스템과 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기를 각각 준비한 후, 냉각된 샘플 셀을 실험예 2에 따라 측정한 저장용량 100% 기준 수소가스 투입량을 50%, 80% 및 100%로 각각 투입하고 온도에 따른 압력변화를 등체적 탈착 측정(Isochoric desorption measurement)한 다음, 그 결과를 도 5a 내지 도 5c에 나타내었다. 이때, 구체적인 측정과정 및 조건은 실험예 1과 대부분 동일하였다.It is mostly the same as Experimental Example 1, but after preparing a liquid hydrogen storage and transport system and an empty storage container without a physical adsorbent, the hydrogen gas input amount based on 100% of the storage capacity measured in Experimental Example 2 was applied to the cooled sample cell. 50%, 80%, and 100% were added respectively, and the pressure change according to temperature was measured by isochoric desorption measurement, and the results are shown in FIGS. 5A to 5C. At this time, the specific measurement process and conditions were mostly the same as those in Experimental Example 1.

구체적으로, 도 5a 내지 도 5c는 액체수소의 저장 및 수송 시스템과 빈 저장용기의 저장용량 100% 기준 수소가스 투입량을 50%(도 5a), 80%(도 5b), 및 100%(도 5c)으로 투입했을 때 온도에 따른 등체적 탈착 측정 결과 그래프이다.Specifically, Figures 5a to 5c show the liquid hydrogen storage and transport system and the hydrogen gas input amount based on 100% of the storage capacity of the empty storage container at 50% (Figure 5a), 80% (Figure 5b), and 100% (Figure 5c). ) This is a graph of isovolumetric desorption measurement results according to temperature when added.

도 5a 내지 도 5c를 참고하면, 빈 저장용기의 경우 수소 가스 투입량에 상관없이 대부분 온도가 상승함에 따라 온도가 급격하게 증가하여 빠르게 1bar(760mmHg) 도달하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 도 5a를 참고하면, MFU-4l, DUT-6(Zn), MOF-177, 및 MIL-53(Al), MOF-74(Ni)을 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 각각의 경우 저장용량 100% 기준 50%만큼 수소기체가 투입될 경우 MIL-53(Al), MOF-74(Ni)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템에서만 더 높은 온도에서 점차 S자 모양으로 그래프 패턴을 보이는 등체적 프로세스에 따른 그래프 패턴을 보인다는 것을 확인할 수 있었는데, 이를 통해 MIL-53(Al), MOF-74(Ni)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템에 투입되는 수소가스 량이 실시예 1과 같은 상온(295K)에서 760mmHg(~1bar)의 수소의 투입량과 유사하다는 것을 의미한다.Referring to FIGS. 5A to 5C, in the case of an empty storage container, it was confirmed that the temperature rapidly increased as the temperature increased, quickly reaching 1 bar (760 mmHg), regardless of the amount of hydrogen gas input. Meanwhile, referring to Figure 5a, each of the liquid hydrogen storage and transport systems including MFU-4l, DUT-6 (Zn), MOF-177, and MIL-53 (Al), MOF-74 (Ni) In the case where hydrogen gas is injected as much as 50% of the storage capacity, the graph pattern gradually becomes S-shaped at higher temperatures only in the storage and transportation system of liquid hydrogen including MIL-53 (Al) and MOF-74 (Ni). It was confirmed that a graph pattern according to the isovolumetric process was shown, through which the amount of hydrogen gas input into the storage and transportation system of liquid hydrogen including MIL-53 (Al) and MOF-74 (Ni) was determined. This means that it is similar to the input amount of hydrogen of 760mmHg (~1bar) at room temperature (295K) as in 1.

또한, 도 5b 및 도 5c를 참고하면, 탈착온도의 시작점은 MFU-4l, DUT-6(Zn), MOF-177, 및 MIL-53(Al), MOF-74(Ni)을 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 각각 저장용량 100% 기준 수소기체가 투입량이 증가(80%-> 100%)할수록 감소하는 것을 확인할 수 있었고, 수소기체 투입량이 증가할수록 탈착온도의 시작점이 빈 저장용기일 때의 탈착온도와 가까워진다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, referring to Figures 5b and 5c, the starting point of the desorption temperature is liquid hydrogen containing MFU-4l, DUT-6 (Zn), MOF-177, and MIL-53 (Al), MOF-74 (Ni) Based on 100% storage capacity of each storage and transportation system, it was confirmed that hydrogen gas decreases as the input amount increases (80% -> 100%), and as the hydrogen gas input amount increases, the starting point of the desorption temperature is when the empty storage container is. It was confirmed that it was close to the desorption temperature of .

한편, 도 5b를 참고하면, 기존 수소액체(LH2) 용기 및 수소액체(LH2) 탱크의 경우 총 저장용량 100% 기준 수소기체는 80% 내지 85% 투입되는 것이 일반적이므로, MFU-4l, DUT-6(Zn), MOF-177, 및 MIL-53(Al), MOF-74(Ni)을 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 각각 저장용량 100% 기준 수소기체가 80% 투입되었을 때의 수소액체의 탈착온도를 비교한 결과, DUT-6(Zn), MOF-177, MFU-4l, MIL-53(Al), 및 MOF-74(Ni)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 각각의 탈착온도는 20 K, 24 K, 24 K, 33 K 및 45K에서 시작되는 것을 확인할 수 있었다.Meanwhile, referring to Figure 5b, in the case of existing liquid hydrogen (LH 2 ) containers and liquid hydrogen (LH 2 ) tanks, 80% to 85% of hydrogen gas is generally input based on 100% of the total storage capacity, so MFU-4l, When 80% of hydrogen gas is injected based on 100% of the storage capacity of the liquid hydrogen storage and transportation system including DUT-6 (Zn), MOF-177, MIL-53 (Al), and MOF-74 (Ni). As a result of comparing the desorption temperature of hydrogen liquid, the liquid hydrogen storage and transportation system including DUT-6 (Zn), MOF-177, MFU-4l, MIL-53 (Al), and MOF-74 (Ni) It was confirmed that each desorption temperature starts at 20 K, 24 K, 24 K, 33 K, and 45 K.

즉, 대부분 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 각각 특정 최대직경 및 기공부피를 만족하는 흡착제를 포함함으로써 H2와 흡착제 간의 흡착에너지에 의한 상호작용을 향상시켜 탈착온도가 증가하며, 특히, MOF-74(Ni)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 흡착제가 불포화 금속 결합 부위를 더 포함하므로써 수소상호작용이 더 활발하여 탈착온도가 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.That is, in most liquid hydrogen storage and transport systems, the desorption temperature increases by improving the interaction between H2 and the adsorbent by the adsorption energy by including an adsorbent that satisfies a specific maximum diameter and pore volume. In particular, MOF-74 In the case of the storage and transport system of liquid hydrogen containing (Ni), it was confirmed that the adsorbent contained more unsaturated metal binding sites, resulting in more active hydrogen interaction and the highest desorption temperature.

이를 통해, 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 기공의 특정 최대직경 및 기공부피를 만족하고 추가적으로 불포화 금속 결합 부위를 더 포함하는 흡착제를 포함함으로써 탈착온도가 기존 수소액체(LH2) 용기 및 수소액체(LH2) 탱크에 비해 확연히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Through this, in the case of a liquid hydrogen storage and transportation system, by satisfying a specific maximum diameter and pore volume of the pores and additionally including an adsorbent containing an unsaturated metal binding site, the desorption temperature is lower than that of the existing liquid hydrogen (LH 2 ) container and liquid hydrogen. (LH 2 ) It was confirmed that there was a clear increase compared to the tank.

실험예 4 : 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 물리흡착형 흡착제의 결정 밀도 및 체적 용량 등의 비교Experimental Example 4: Comparison of crystal density and volumetric capacity of physisorption-type adsorbents of liquid hydrogen storage and transportation system

실시예 1과 같이 액체수소의 저장 및 수송 시스템과 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기를 각각 1L로 준비한 후, 빈 저장용기 1L에 대한 수소 저장용량을 확인한 후 이를 비교한 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 결정밀도(Crystal density) 및 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity) 결과를 표 1 및 도 6에 나타내었다.As in Example 1, a 1L storage and transport system for liquid hydrogen and an empty storage container without a physical adsorbent were prepared, and then the hydrogen storage capacity for 1L of the empty storage container was checked and compared. Storage and transport of liquid hydrogen The crystal density and volumetric uptake capacity results of the system are shown in Table 1 and Figure 6.

구체적으로, 도 6은 빈 저장용기 1L에 대한 액체수소 저장용량 전체 100% 대비 액체수소에 대한 저장 및 수송 시스템의 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity; Cryo-adsorbed system) 비율 결과를 나타낸 그래프이다.Specifically, Figure 6 is a graph showing the ratio of the volumetric uptake capacity (cryo-adsorbed system) of the storage and transport system for liquid hydrogen compared to the total 100% liquid hydrogen storage capacity for 1L of an empty storage container.

도 6 및 표 1을 참고하면, 액체수소(LH2)의 이론적인 밀도는 20K에서 35.2mol L-1이며, 이를 기반으로 빈 저장용기의 1L 해당 부피에 대한 체적 흡착 용량은 35.2mol L-1인 것을 확인할 수 있었다. 이를 전제로 표 1에 각 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 체적 흡착 용량 결과를 나타내었다. 이를 통해, 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 체적 흡착 용량은 물리흡착형 흡착제 각각의 결정밀도(Crystal density) 및 최대 포화 흡착량(maximum saturation uptakes)의 영향에 따라 달라지며, 특히, 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 총 부피용량에 따라 달라진다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 6 and Table 1, the theoretical density of liquid hydrogen (LH 2 ) is 35.2 mol L -1 at 20 K, and based on this, the volume adsorption capacity for the corresponding volume of 1 L of the empty storage container is 35.2 mol L -1 It was confirmed that it was. On this premise, Table 1 shows the volume adsorption capacity results of each liquid hydrogen storage and transport system. Through this, the volumetric adsorption capacity of the storage and transport system of liquid hydrogen varies depending on the crystal density and maximum saturation uptakes of each physisorption-type adsorbent. In particular, the storage of liquid hydrogen It was confirmed that it varies depending on the total volumetric capacity of the transport system.

이에 실험예 1 내지 실험예 4를 종합하면, DUT-6(Zn)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템은 가장 낮은 결정 밀도(0.38g cc-1)와 가장 높은 최대 포화 흡착량(88.4mmol g-1)인 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라, 이의 체적 흡착 용량은 33.6 mol L-1이며, 이는 빈 저장용기 1L에 대한 수소 저장용량 100% 대비 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 체적 흡착 용량이 96% 인 것을 확인할 수 있었다. 다만, DUT-6(Zn)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 탈착온도가 너무 작아 최적의 시스템으로는 부적합하다는 것을 확인할 수 있었다.Accordingly, combining Experimental Examples 1 to 4, the storage and transport system of liquid hydrogen containing DUT-6 (Zn) has the lowest crystal density (0.38g cc -1 ) and the highest maximum saturated adsorption amount (88.4mmol). g -1 ), and accordingly, its volumetric adsorption capacity is 33.6 mol L -1 , which means that the volumetric adsorption capacity of the liquid hydrogen storage and transport system is 100% of the hydrogen storage capacity for 1L of an empty storage container. It was confirmed that it was 96%. However, in the case of the liquid hydrogen storage and transportation system containing DUT-6 (Zn), it was confirmed that the desorption temperature was too small to be suitable as an optimal system.

한편, MIL-53(Al) 및 MOF-74(Ni)을 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템은 각각 더 높은 1bar 기화 온도 135K 및 123K와 탈착온도가 상대적으로 높으나, 체적 흡착 용량은 상대적으로 낮은 것을 확인할 수 있었다.Meanwhile, storage and transport systems of liquid hydrogen including MIL-53 (Al) and MOF-74 (Ni) have higher 1 bar vaporization temperatures of 135 K and 123 K and relatively high desorption temperatures, respectively, but relatively low volumetric adsorption capacities. could be confirmed.

반면, MOF-177 및 MFU-4l을 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템은 체적 흡착 용량이 상대적으로 높으면서도 탈착온도가 상대적으로 높은 것을 확인할 수 있어, 상대적으로 최적의 시스템으로 활용될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, it can be confirmed that the liquid hydrogen storage and transport system including MOF-177 and MFU-4l has a relatively high volumetric adsorption capacity and a relatively high desorption temperature, showing that it can be used as a relatively optimal system. I was able to confirm.

한편, 빈 저장용기에 물리흡착형 흡착제가 포함되면 흡착제의 골격이 차지하는 부피만큼 저장용기의 부피는 줄어들 수 있다. 다만, 예를 들어, DUT-6(Zn)를 포함하는 액체수소의 저장 및 수송 시스템에서 DUT-6는 85%의 기공 부피를 가질 경우 골격(framework)은 15% 부피를 점유하므로, 물리적으로 기공 부피에 액체수소가 투입되면 용량은 85%에 불과하나, 실험결과 체적 흡착 용량은 20K, 1bar에서 88.4mmol g-1로써 체적 흡착 용량 비율이 거의 96%인 바 체적 흡착 용량이 대략 11% 더 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 이는 물리흡착형 흡착제의 골격 및 표면에서 수소-수소 간 인력에 비해 흡착제-수소 사이의 상호작용이 더 커짐에 따라 흡착제-수소 결합길이가 수소-수소 결합길이보다 짧아져 흡착제 기공벽 근처에서 수소밀도가 더 높아지기 때문이다.On the other hand, if an empty storage container contains a physisorption-type adsorbent, the volume of the storage container may be reduced by the volume occupied by the skeleton of the adsorbent. However, for example, in a liquid hydrogen storage and transport system containing DUT-6 (Zn), if DUT-6 has a pore volume of 85%, the framework occupies 15% of the volume, so physically the pore volume is When liquid hydrogen is added to the volume, the capacity is only 85%, but as a result of the experiment, the volumetric adsorption capacity is 88.4mmol g -1 at 20K and 1bar, which means that the volumetric adsorption capacity ratio is almost 96%, which means that the volumetric adsorption capacity is approximately 11% higher. You can check that. In other words, as the interaction between the adsorbent and hydrogen becomes greater than the attraction between hydrogen and hydrogen on the skeleton and surface of the physisorption type adsorbent, the adsorbent-hydrogen bond length becomes shorter than the hydrogen-hydrogen bond length near the pore walls of the adsorbent. This is because the hydrogen density becomes higher.

즉, 결정 밀도 및 최대 포화 흡착량과 같은 매개변수를 기반으로 체적 흡착 용량을 결정함으로써 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 최적의 시스템을 도출할 수 있고, 이에 따라, 최적의 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 경우 액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 비율은, 빈 저장용기의 액체수소(LH2)에 대한 저장용량 전체 100% 기준, 최대 96%까지 도달한 것을 실험적으로 확인할 수 있는 바, 기존 수소액체(LH2) 용기 및 수소액체(LH2) 탱크에 비해 액체수소의 저장 및 수송 경쟁력이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 적정 기공과 부피를 가진 흡착제를 적용할 시 100%를 초과할 수도 있다는 점을 보여주고 있다.In other words, the optimal storage and transportation system of liquid hydrogen can be derived by determining the volumetric adsorption capacity based on parameters such as crystal density and maximum saturated adsorption capacity, and thus, the optimal storage and transportation of liquid hydrogen. In the case of the system, it can be experimentally confirmed that the volumetric adsorption capacity ratio for liquid hydrogen (LH 2 ) reaches up to 96% based on 100% of the total storage capacity for liquid hydrogen (LH 2 ) in the empty storage container. It was confirmed that the storage and transportation competitiveness of liquid hydrogen was superior to existing liquid hydrogen (LH 2 ) containers and liquid hydrogen (LH 2 ) tanks. This shows that it can exceed 100% when applying an adsorbent with appropriate pores and volume.

실험예 5 : 액체수소의 저장 및 수송 시스템의 분광학적 메커니즘 분석Experimental Example 5: Spectroscopic mechanism analysis of liquid hydrogen storage and transport system

액체수소의 저장 및 수송 시스템의 높은 최대 포화 흡착량 및 높은 탈착 온도의 메커니즘을 분광학적으로 분석하기 위해, 실시예 1과 같이 액체수소의 저장 및 수송 시스템과 물리흡착형 흡착제가 없는 빈 저장용기에 대해 in situ Inelastic neutron spectroscopy(INS) 실험 후 결과를 도 7a 내지 도 7c에 나타내었다.In order to spectroscopically analyze the mechanism of the high maximum saturation adsorption capacity and high desorption temperature of the liquid hydrogen storage and transport system, the liquid hydrogen storage and transport system and an empty storage vessel without physisorption-type adsorbent were placed as in Example 1. The results of the in situ inelastic neutron spectroscopy (INS) experiment are shown in Figures 7a to 7c.

구체적으로, 도 7a는 10K 및 18K에서 측정된 para-hydrogen bulk solid 및 para-hydrogen bulk liquid에 대한 INS 스펙트럼이고, 도 7b는 20K에서 서로 다른 양의 para-hydrogen이 투입된 액체수소의 저장 및 수송 시스템(DUT-6(Zn))의 INS 스펙트럼이고, 도 7c는 도 7b의 투입된 para-hydrogen 량에 따른 INS 강도 변화 스펙트럼이다.Specifically, Figure 7a is an INS spectrum for para-hydrogen bulk solid and para-hydrogen bulk liquid measured at 10K and 18K, and Figure 7b is a storage and transport system for liquid hydrogen into which different amounts of para-hydrogen were added at 20K. This is the INS spectrum of (DUT-6(Zn)), and Figure 7c is the INS intensity change spectrum according to the amount of para-hydrogen added in Figure 7b.

도 7a를 참고하면, 빈 저장 용기에 충분한 양의 H-2를 46mmol g-1 만큼 채우고 10K(융점 이하) 및 18K(비등점 이하)에서 INS 스펙트럼을 측정한 결과, 10K에서 측정한 결과 14.6meV에서 피크가 나타난 것을 확인할 수 있는데, 이는 회전 전이 J:0 1에 기인하며 움직이지 않는(이 경우 고체) H2 분자에 대한 장애 회전 전이 신호에 대한 참조가 되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 빈 저장 용기가 따뜻해짐에 따라 반동의 효과가 더 뚜렷해지며 수소 이동성이 더 커진다는 것을 확인할 수 있었고, 18K에서는 회전 전환이 완전히 사라지고 반동 신호만 남는다는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 7a, an empty storage container was filled with a sufficient amount of H- 2 of 46 mmol g -1 and the INS spectrum was measured at 10K (below the melting point) and 18K (below the boiling point). As a result, when measured at 10K, it was at 14.6meV. It can be seen that a peak appears, which is due to the rotation transition J:0 1 and serves as a reference for the disordered rotation transition signal for the immobile (in this case solid) H 2 molecule. In addition, it was confirmed that as the empty storage vessel warms, the effect of recoil becomes more evident and hydrogen mobility increases. At 18K, the rotation transition completely disappears and only the recoil signal remains.

도 7b를 참고하면, 액체수소의 저장 및 수송 시스템(DUT-6(Zn))에 흡착제를 포함하는 경우 흡착상의 비탄성 스펙트럼(inelastic spectra of the adsorbed phase)은 훨씬 더 복잡하다는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 서로 다른 양의 para-hydrogen(1.6-51.73mmol g-1)이 투입된 액체수소의 저장 및 수송 시스템(DUT-6(Zn))에 대해 각각 다른 온도(5k-35K)에서 스펙트럼을 조사한 결과, 여러 피크가 11-15 meV 범위에서 나타난다는 것을 확인할 수 있는 바, 이는 흡착제 표면(사중극자)과 H2 분자 사이의 상호 작용이 회전 수준(J:01)을 방해하여 에너지가 더 낮은 수준으로 전달되어 서로 다른 상호 작용 에너지를 가진 다양한 결합 부위의 존재가 나타내기 때문인 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 7b, it was confirmed that when an adsorbent is included in the liquid hydrogen storage and transport system (DUT-6(Zn)), the inelastic spectrum of the adsorbed phase is much more complex. Specifically, spectra were investigated at different temperatures (5k-35K) for the liquid hydrogen storage and transport system (DUT-6(Zn)) into which different amounts of para-hydrogen (1.6-51.73mmol g -1 ) were added. As a result, it can be seen that several peaks appear in the 11-15 meV range, which indicates that the interaction between the adsorbent surface (quadrupole) and H 2 molecules hinders the rotation level (J:01), resulting in a lower energy level. It was confirmed that this was due to the presence of various binding sites with different interaction energies.

또한 도 7c를 참고하면, 액체수소의 저장 및 수송 시스템(DUT-6(Zn))에 서로 다른 양의 para-hydrogen(1.6-51.73mmol g-1)이 투입 단계에 대한 강도 변화 검토 결과, 가장 낮은 에너지(~11meV)는 더 높은 상호작용을 위해 14.6meV에서 로터 전이로부터 더 높은 이동을 나타내는 것을 확인할 수 있었는 바, 고정된(흡착된) 수소가 존재한다는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 흡착된 수소는 H2와 흡착제 사이의 더 강한 상호 작용 에너지로 인해 bulk-liquid보다 짧은 결합 길이를 형성할 수 있고, 고정된 수소에 대한 INS 피크는 35K까지 관찰되는데, 이는 H2가 H2의 Tc를 넘어서도 흡착상으로 남아 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, DUT-6은 매우 이질적인 수착 부위를 가지고 있기 때문에 이러한 단층 로딩 INS 데이터는 수착 부위를 부분적으로만 덮는다는 것을 확인할 수 있었다.Also, referring to Figure 7c, as a result of examining the intensity change for the input step of different amounts of para-hydrogen (1.6-51.73 mmol g -1 ) into the liquid hydrogen storage and transport system (DUT-6(Zn)), the most It was confirmed that lower energy (~11meV) represents a higher shift from the rotor transition at 14.6meV for higher interaction, confirming the presence of fixed (adsorbed) hydrogen. In particular, adsorbed hydrogen can form shorter bond lengths than bulk-liquid due to the stronger interaction energy between H 2 and the adsorbent, and the INS peak for immobilized hydrogen is observed up to 35 K, which means that H 2 It was confirmed that the adsorbed phase remained even after the Tc of 2 was exceeded. Additionally, because DUT-6 has a very heterogeneous sorption site, it was confirmed that these monolayer loading INS data only partially covered the sorption site.

즉, 액체수소의 저장 및 수송 시스템은 흡착제 내 반데르발스(Van der Waals) 수소-흡착제 상호작용으로 인해 20K에서 물리적으로 흡착된 수소-는 단단하고 밀접하게 흡착된 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라, 더 짧은 흡착제-수소 거리를 가능하게 하여 흡착된 단계에서 수소 분자의 조밀한 패킹을 가능하게 하므로, 물리적 흡착을 통해 수소를 효율적으로 저장할 수 있는 장점이 있다.In other words, in the liquid hydrogen storage and transport system, it was confirmed that the physically adsorbed hydrogen at 20K was tightly and closely adsorbed due to the Van der Waals hydrogen-adsorbent interaction in the adsorbent, and accordingly, It has the advantage of efficiently storing hydrogen through physical adsorption because it enables a shorter adsorbent-hydrogen distance and enables dense packing of hydrogen molecules in the adsorbed stage.

Claims (9)

기공(void)을 포함하는 물리흡착형(Physisorption type) 흡착제, 및 액체수소(Liquid hydrogen; LH2)를 포함하는 저장용기를 포함하고,
상기 물리흡착형 흡착제와 액체수소(LH2)가 반데르발스 상호작용(Van der Waals interaction)에 의해 물리적으로 흡착되고,
액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 비율은, 빈 저장용기의 액체수소(LH2)에 대한 체적 흡착 용량 전체 100% 기준, 85% 내지 110%인 것을 특징으로 하는 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
It includes a physical absorption type adsorbent containing pores, and a storage container containing liquid hydrogen (LH 2 ),
The physisorption-type adsorbent and liquid hydrogen (LH 2 ) are physically adsorbed by Van der Waals interaction,
Storage and transportation of liquid hydrogen, characterized in that the volumetric adsorption capacity ratio for liquid hydrogen (LH 2 ) is 85% to 110% based on 100% of the total volumetric adsorption capacity for liquid hydrogen (LH 2 ) of the empty storage container. system.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제는 불포화 금속 부위(Unsaturated metal site)를 더 포함하는, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
A storage and transport system for liquid hydrogen, wherein the physisorption-type adsorbent further includes an unsaturated metal site.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 기공의 최대직경은 0.5nm 내지 20nm 인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
A storage and transportation system for liquid hydrogen, wherein the maximum diameter of the pores of the physisorption-type adsorbent is 0.5 nm to 20 nm.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 기공부피(void volume)는, 물리흡착형 흡착제 전체 100부피% 기준, 59부피% 내지 96부피%인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
The pore volume of the physisorption-type adsorbent is 59 volume % to 96 volume %, based on 100 volume % of the total physisorption-type adsorbent. A storage and transportation system for liquid hydrogen.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 탈착온도(desorption temperature)는 25K 이상인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
A storage and transportation system for liquid hydrogen, wherein the physical adsorption adsorbent has a desorption temperature of 25K or more.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량(maximum saturation uptakes)는 55mmol/g 내지 120mmol/g인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
A storage and transport system for liquid hydrogen, wherein the maximum saturation uptake of the physisorption-type adsorbent is 55 mmol/g to 120 mmol/g.
제6항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 최대 포화 흡착량 전체 100% 대비, 수소기체(H2)의 투입량은 80% 내지 100% 인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to clause 6,
A storage and transportation system for liquid hydrogen, wherein the input amount of hydrogen gas (H 2 ) is 80% to 100%, compared to 100% of the total maximum saturated adsorption amount of the physical adsorption type adsorbent.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 결정밀도(Crystal density)는 0.20g/cc 내지 0.60g/cc인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
A storage and transportation system for liquid hydrogen, wherein the crystal density of the physisorption-type adsorbent is 0.20 g/cc to 0.60 g/cc.
제1항에 있어서,
상기 물리흡착형 흡착제의 체적 흡착 용량(Volumetric uptake capacity)은 30mol/L 내지 40 mol/L인, 액체수소의 저장 및 운송 시스템.
According to paragraph 1,
A storage and transport system for liquid hydrogen, wherein the volumetric uptake capacity of the physisorption-type adsorbent is 30 mol/L to 40 mol/L.
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