Mg2NiHx-CaO, CaF2 수소저장 복합재료에 대한 수소화 특성 및 물질전과정평가 :Evaluation of Hydrogenation Properties and Material Life Cycle Assessment on Mg2NiHx-CaO, CaF2 Hydrogen Storage Composites

신효원

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 신효원 (한국교통대학교, 한국교통대학교 일반대학원)

지도교수: 홍태환

발행연도: 2022

저작권: 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수19

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

Mg2NiHx-CaO, CaF2 수소저장 복합재료에 대한 수소화 특성 및 물질전과정평가

신효원 신소재공학과 2022.01 학위논문

2021

Mg₂NiH_x-5 wt% CaO 수소 저장 복합재료의 물질전과정평가

신효원 , 황준현 , 김은아 외 1명 청정기술 2021.06 학술저널

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

화석연료를 기반으로 성장해온 현대사회가 당면한 에너지 고갈 및 환경오염 문제 등을 극복하고자, 다양한 신재생에너지 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 수소는 청정에너지 매개체로서 연소 시에 오염물을 배출하지 않기 때문에 에너지원으로서 환경문제 및 자원전쟁을 모두 해결할 수 있다. 이에 따라 미래 수소경제사회 구현을 목표로 수소의 생산 및 저장, 운송 등의 분야에 관한 연구가 활발히 진행중이다. 그 중에서도 수소 저장의 경우, 수소경제의 중요한 축으로서 수소저장방법 중에서 금속수소화물(metal hydride, MH)은 수소가 흡수 공정에서 고체 상태로 화학 저장되는 시스템으로서 다른 저장 방법들과 비교했을 때 많은 장점이 존재한다. 수소의 높은 저장 밀도를 통해 대량의 수소 저장이 가능하고 대기 조건에서 수소를 저장하여 다른 수소 저장 방법에 비해 상대적으로 안전하다는 장점이 있다. 대표적인 금속 수소화물로 마그네슘(Mg)은 7.6 wt%의 높은 저장량과 자원적으로 풍부하며, 가볍고 비교적 저렴한 장점을 갖고 있다. 그러나 Mg계 수소화물은 열역학적 안정성과 높은 산화반응성으로 인해 고온 및 고압에서 수소화, 탈수소화가 이루어진다는 단점이 있다. 그리하여 이를 개선하기 위해 수많은 금속을 혼합시켜 검토한 결과, Mg과 Ni을 이원계 상태도를 고려한 2:1의 비율로 혼합한 Mg2Ni 합금의 수소저장량이 3.6 wt%로 MgH2보다는 떨어지지만 수소의 저장 및 방출속도가 향상되어 우수한 수소화거동 특성을 보이는 것으로 선행 연구에서 보고하였다. 또한, 금속수소화물(Mg2NiH4)의 열역학적 안정성 변화를 위해 희토류금속, Ca 등의 여러 원소들을 치환해서 수소화 특성 개선에 대해 연구한 사례들이 존재한다. 앞서 말한 선행 연구들을 기반으로 전이원소(Co, Fe, Ti, Ni 등), 금속산화물 혹은 금속간 화합물을 첨가해서 촉매 효과를 얻고자 하는 많은 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 전이금속 불화물 첨가가 아닌 Mg와 같은 알칼리 토금속 불화물의 첨가에 따른 촉매효과의 연구는 아직 많이 미비한 현실이다. Ca의 첨가는 수소화 특성 향상에 이점을 제공하고, 알칼리 수소화물인 AH2에 플루오린(F)을 첨가했을 경우, 결합의 불균형을 유도해 수소 결합을 비교적 쉽게 제거한다는 보고가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 기계적 합금화법을 이용하여 제조한 Mg2NiHx-CaO, CaF2 복합재료의 첨가량 변화에 따른 수소화 거동에 주목하여 Mg계 수소저장합금의 수소화 특성 개선여부와 제조된 복합재료의 환경적 측면을 고려하기 위해 물진전과정평가(MLCA, Material Life Cycle Assessment)를 수행하였다. MLCA는 Gabi 소프트웨어를 사용하여 Eco-Indicator 99’(EI99)와 CML 2001 방법론을 기반으로 환경 영향 평가를 진행하였다.

In order to overcome the problems of energy depletion, and environ mental pollution that modern society, which has grown based on fossi l fuels, is facing, research on various new and renewable energy has
been actively carried out. Hydrogen, a clean energy medium, does not emit pollutants during combustion, so it can solve environmental problems and resource wars as an energy source at the same time. As a
result, research and development in fields such as hydrogen production, storage, and use are underway with the goal of realizing a future hydrogen economy and society. Among them, hydrogen storage is an
important axis of the hydrogen economy, and metal hydride among hydrogen storage methods is a chemical storage system in which hydrogen is chemically stored on metal in a solid state by an absorption
process. Storing hydrogen in the solid state using metal hydrides offers many advantages over other storage methods. One of these advantages is that it is inherently safer compared to mechanical hydrogen s
torage methods because the high storage density of hydrogen in metal hydrides allows for the storage of large quantities of hydrogen and for the storage of hydrogen under atmospheric conditions.
As a representative metal hydride, magnesium (Mg) has a high storage amount of 7.6 wt%. In addition, it has the advantages of being a bundant in resources, light-weight, and relatively inexpensive. However, Mg-based hydride has a disadvantage in that hydrogenation/dehyd rogenation is performed at high temperature and high pressure due to thermodynamic stability and high oxidation reactivity. Therefore, as a result of examining by mixing various metals to speed up the hydrogen storage reaction, Mg2Ni, an alloy containing Mg and Ni in a 2:1 ratio, has a hydrogen storage capacity of 3.6 wt%, lower than MgH2, but has a lower rate of storage and release of hydrogen. It has been reported in previous studies that the reaction proceeds quickly and ex
hibits excellent results of hydrogenation properties. In order to change the thermodynamic stability of this metal hydride (Mg2NiH4), there is a case of research on improving the storage and release characteristic
s of hydrogen by substituting various elements such as Ca and rare earth metals for Mg and Ni of the Mg2Ni alloy. Based on these prior studies, many studies have been conducted to obtain a catalytic effect by adding transition elements (Fe, Co, Ni, Ti, etc.), metal oxides, and intermetallic compounds. However, studies on
the catalytic effect of the addition of an alkaline earth metal fluoride such as Mg rather than the addition of transition metal fluoride are still insufficient. It has been reported that the addition of Ca contribute
s to the improvement of the hydrogen storage and release rate, and that the addition of fluorine (F) to the alkaline earth hydride AH2 induces a bond imbalance and thus the hydrogen bond can be easily remo
ved.Therefore, in this study, the hydrogenation behavior according to the change in the amount of Mg2NiHx-CaO, CaF2 composites manufactu red using the mechanical alloying method was improved, and whether
the hydrogenation properties of the Mg-based hydrogen storage alloy were improved and the environmental aspects of the manufactured composites were considered. To this end, MLCA (Material Life Cycle A
ssessment) was performed. MLCA was analyzed using Gabi software, based on Eco-Indicator 99'' (EI99) and CML 2001 methodology.

Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 이론적 배경 5
1. 수소에너지 저장 기술 5
2. 기계적 합금화법 12
3. 수소 저장량 측정방법 12
4. 물질전과정평가 14
Ⅲ. 실험 방법 22
1. 제조방법 22
2. 특성평가 23
Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 27
1. Mg2NiHx-5, 10, 20 wt% CaO 수소저장 복합재료의 특성평가 27
1-1. XRD 분석 27
1-2. SEM 분석 28
1-3. BET 분석 31
1-4. TGA 분석 34
1-5. Kinetics 평가 38
1-6. 결론 41
2. Mg2NiHx-5, 10, 20 wt% CaF2 수소저장 복합재료의 특성평가 43
2-1. XRD 분석 43
2-2. SEM 분석 43
2-3. BET 분석 46
2-4. TGA 분석 49
2-5. Kinetics 평가 53
2-6. 결론 55
3. Mg2NiHx-5, 10, 20 wt% CaO, CaF2 수소저장 복합재료의 물질전과정평가 57
Ⅴ. 결 론 73
참고문헌 75
Abstract 82
감사의 글 86
[부록] 연구실적 87

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)