촉매 Ce3Al11의 합성 및 Ce3Al11첨가 NaAlH4의 수소 저장 특성

Abstract

본 연구에서는 기계 화학적 반응(mechanochemical reaction)을 이용하여 미세한 Ce3Al11상 촉매를 합성하였으며 해당 촉매의 NaAlH4 수소 저장 특성에 대한 영향력을 평가하였다. 미세한 크기의 Ce-Al 금속간 화합물(intermetallic compound)을 형성하기 위해, HEBM(High energy ball milling)을 통한 기계-화학적 반응법이 적용되었고 반응을 통해 합성된 Ce3Al11의 경우 1 ㎛ 이하의 크기로 약 150nm에서 500nm의 입도 분포를 가지는 것을 확인하였다. 제작된 촉매는 성능을 평가하기 위해 NaAlH4에 분산하여 무게법과 부피법을 통한 특성 확인 과정을 거쳤다. 기존 CeCl3가 적용된 NaAlH4와 비교하여 합성된 촉매는 수소 방출 시작 온도는 동일하였으나, 수소 저장 용량에서는 비가역적 부산물인 NaCl의 비생성에 따른 5.3 wt%의 향상된 수소 저장 용량을 보였다. 또한, 실제 가동 조건인 120 ℃ / 150 ℃ 의 등온조건 사이클 실험에서 CeCl3에 비해 단축된 수소 흡장 시간을 보여주었다. 추가적으로 고밀도 샘플의 사이클 특성 개선에 대한 연구가 진행되었다. Ce3Al11, CeCl3분산 후 압입 한 NaAlH4 pellet의 사이클에 따른 부피 변화 거동을 비교함으로써 촉매의 종류 혹은 부산물의 제거를 통한 소재의 부피 변화 완화의 가능성을 확인하였다.