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  연료 전지의 실용화를 앞당기는 새로운 구조를 가진 재료

작성일 : 2007.12.11 출처 : azonano.com

수소 저장 자동차에 대한 연구는 ESRF의 과학자들이 개발한 수소화물(hydride)의 새로운 조직 덕분에 실제 적용에 더 가까워졌다.
리튬 붕소수소화물(lithium borohydride)은 수소를 18 wt%를 포함할 수 있는 유망한 에너지 저장 시스템이다. 

이 연구진은 완화된 조건에서 수소를 방출할 수 있는 새로운 형태의 화합물을 찾았다. 이 발견은 이론적 관점에서 보면 완전히 뜻밖의 결과였다.

자동차 산업은 수소를 유망한 에너지 수송체로 간주한다. 우수한 수소 저장 물질이 개발되면 현재 자동차에서 많이 사용하는 가솔린 대신에 깨끗한 수소 에너지로 대체될 수 있다.

수소 5 킬로그램은 가솔린 20 리터와 비슷한 에너지를 공급한다. 오늘날 상대적으로 많은 수소를 저장할 수 있거나 쉽게 그것을 방출할 수 있는 고분자, 풀러렌, 암모니아 보란, 양자합금, 탄소, 티타늄-바나듐 등의 관심있는 화합물이 있지만 어떤 것도 실제적인 적용에 충분하지 않다.

ESRF 연구진은 수소를 가진 가벼운 원소(light element)의 몇 개의 화합물과 이 화합물들을 다른 압력과 온도에서 형성한 다른 조직을 연구하고 있다. 리튬 붕소수소화물(LiBH4)는 높은 수소 저장(18wt%) 능력을 가지고 있기 때문에 이 연구진이 연구하고 있는 화합물 중 하나이다. 이 화합물의 새로운 형태는 그것이 불안정하기 때문에 가망성이 있게 되었다. 오늘날까지 알려진 형태는 모두 너무 안정적이어서 수소가 잘 배출되지 않았다.

리튬 붕소수소화물의 새로운 형태를 얻기 위해서 이 연구진은 샘플에 200,000 bar의 압력을 가했다. ESRF 실험에서 LiBH4에 가했던 200,000 bar의 압력은 에베레스트 산(Mount Everest)이 지구 지각에 가해주는 압력보다 약 80배 더 크다.

싱크로트론 광(synchrotron light)의 회절은 이 결과물의 원자배열을 확정짓는데 사용되었다. 이 방법에서 리튬 붕소수소화물의 두 개의 새로운 구조를 발견했다. 이들 중의 하나의 구조는 진정으로 예상치 못했고 수소 원자 사이에서 현저하게 짧은 접촉을 하였다.

실험과 이론적 노력의 결합으로 LiBH4의 새로운 조직는 더 낮은 온도에서 수소를 배출할 수 있다고 결론을 내렸다. 제약 회사가 알약을 압착하는데 사용되어지는 압력이 10,000 bar라는 사실을 고려할 때 이 새로운 형태는 더 매력적이라고 연구진은 설명했다.

또한 연구진은 이 형태는 대기 압력에서 화학적 치환(chemical substitution)에도 안정적일 수 있다고 생각했다. 지금 이 연구진은 다음 연구 계획으로 대기 상태에서 이 새로운 형태를 얼게 함으로서 화학 공학에 이 화합물을 적용하고 그것이 순수한 리튬 붕소수소화물보다 더 유리한 수소 저장 성질을 가지는지를 확인하려는 계획을 가지고 있다.

수소는 일반적인 X 선으로는 잘 검출되지 않지만 이 연구진은 ESRF 싱크로트론광의 높은 휘도 덕분에 그것을 볼 수 있었다. 이론은 이 새로운 구조의 예견에 실패했고 이 결과는 완전히 실험적인 결과이다.

그림. 새로운 LiBH4 상의 결정 구조
Crystal structure of the LiBH4 new phase.

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