실용적인 수소 저장을 위한 망간 수소화물 분자체는 700바 탱크보다 약 5배 저렴할 수 있습니다.

국제 연구진이 저렴한 전구체로부터 쉽게 합성할 수 있고 주변 온도 120bar에서 54사이클 후에도 활성 손실 없이 10.5wt% 및 197kgH2m-3의 가역적 과잉 흡착 성능을 나타내는 수소화망간 분자체를 개발했습니다. .

팀은 시스템 구현으로 인한 생산 비용 및 성능 손실에 대한 합리적인 추정으로 인해 총 에너지 저장 비용이 700바 탱크에 비해 약 5배 저렴해 잠재적으로 에너지 벡터로서 수소 채택이 증가할 가능성이 있다고 예상합니다. 이들의 작업에 대한 공개 논문은 RSC 저널 에너지 및 환경 과학(Energy & Environmental Science)에 게재되었습니다.

수소 연료 전지 차량 또는 휴대용 장치의 향후 시장 수용을 위해서는 모든 응용 분야에 적합한 효율적이고 저렴하며 실용적인 수소 저장 시스템 및 인프라가 여전히 개발되어야 합니다. 연료전지차가 500km 이상의 주행거리를 ​​달성하려면 약 5kg의 수소가 필요하다. 오늘날의 1세대 수소자동차에 사용되는 고가의 탄소섬유 700bar 비적합 수소가스 실린더에서는 5kg의 수소가 약 125L의 부피를 차지하므로 자동차 설계에 원치 않는 제약을 가하게 됩니다.

재료 기반 수소 저장 시스템은 온보드 및 인프라 시스템 복잡성과 비용을 모두 줄일 수 있는 단순화된 열 관리 요구 사항을 통해 더 낮은 압력에서 수소를 저장할 수 있는 가능성을 제공합니다. 일부 금속 수소화물은 실제 성능 수준에 근접하지만 열 관리 문제로 인해 여전히 적용이 어렵습니다.

… 따라서 연료 전지 장치의 광범위한 구현을 촉진하려면 주변 조건에서 높은 중량 및 부피 저장 용량을 보유하고 생산이 경제적이며 연료 보급을 위해 광범위한 열 관리가 필요하지 않은 재료가 필요합니다. 이러한 재료는 비용 상승과 에너지 저장 수요 증가가 우려되는 휴대용 장치의 리튬 배터리에 대한 대안이 될 수도 있습니다.

여기서 우리는 저렴한 전구체로부터 몇 가지 간단한 단계로 제조할 수 있고 시스템 구현에 대한 추정을 고려하더라도 수소 저장 성능을 갖춘 수소화 망간 분자체(KMH-1 = Kubas 망간 수소화물 - 1)를 제시합니다. 이는 미국 에너지부(DOE)의 최종 시스템 목표인 6.5wt% 및 5kg의 수소에 대해 50kgH2/m3를 충족하거나 능가하기에 충분합니다.

비극성 매질에서 자기 조립으로 예상되는 역미셀 템플릿 메커니즘에 의한 KMH-1 나노 구조 형성의 도식적 표현. Skipperet al.

2012년 논문(Skipper et al.)에서 연구자들은 다음과 같이 언급했습니다.

... 20~30 kJ mol−1 사이의 저장 물질-수소 결합 엔탈피는 저장 용량과 수소를 방출하는 데 필요한 에너지 사이의 최상의 균형을 제공합니다. 이 범위의 엔탈피를 달성하기 위해 금속이 저장 물질에 포함될 수 있으며, 여기에 H2는 Kubas 방식으로 결합될 수 있습니다.

Kubas 상호 작용은 파손 없이 H-H 결합이 길어지는 것과 일치하며 채워진 H-H σ 결합 궤도에서 금속의 빈 d 궤도로의 σ 기증과 채워진 금속에서 동시에 π-역 기증을 포함합니다. 금속 d 궤도를 H2 분자의 빈 σ* 반결합 궤도로 변환합니다.

이는 예를 들어 CO와 전이 금속의 상호 작용에 대한 Dewar-Chat-Duncanson 모델에서 설명한 시너지 결합과 유사합니다. Kubas 상호작용을 이용해 수소를 저장하는 고체 물질의 제조는 높은 농도의 낮은 원자가, 낮은 배위 결합 부위(고체 상태의 전이 금속이 선호되는 물질)를 합성하기 어렵기 때문에 큰 과제입니다. 대부분의 경우 6좌표), 가볍고 구조를 통해 수소가 확산될 수 있을 정도로 다공성이 충분합니다.

연구진은 자체 고유의 나노 크기 방열판 역할을 하는 비정질 다공성 망간 수소화물 네트워크에서 특별히 맞춤형 Kubas 결합 사이트를 사용하여 외부 열 관리 요구 사항을 매우 제한하거나 심지어 불필요하게 만들었습니다.