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KR20250081665A - Hydrogen storage composite and its manufacturing method for low-purity hydrogen storage - Google Patents

Hydrogen storage composite and its manufacturing method for low-purity hydrogen storage Download PDF

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KR20250081665A
KR20250081665A KR1020230197501A KR20230197501A KR20250081665A KR 20250081665 A KR20250081665 A KR 20250081665A KR 1020230197501 A KR1020230197501 A KR 1020230197501A KR 20230197501 A KR20230197501 A KR 20230197501A KR 20250081665 A KR20250081665 A KR 20250081665A
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KR
South Korea
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hydrogen storage
hydrogen
metal
manufacturing
complex
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Pending
Application number
KR1020230197501A
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Korean (ko)
Inventor
조은선
조현
김창민
Original Assignee
한국과학기술원
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Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 수소저장복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 수소저장복합체는 수소 분자만을 선택적으로 분리해내는 수소 투과 및 산화방지 막이 수소저장입자를 감싸고 있는 형태로, 기존의 수소 정제과정과 저장 과정이 일원화된 복합체이다. 상기 수소저장복합체는 산화종 기체에 대한 수소저장입자의 산화 및 성능 열화를 방지할 수 있으며, 저순도의 수소 환경 하에서도 수소저장입자의 산화가 지연되고 지속적인 수소를 저장할 수 있다.The present invention relates to a hydrogen storage complex and a method for manufacturing the same. More specifically, the hydrogen storage complex of the present invention is a complex in which a hydrogen-permeable and oxidation-preventing membrane, which selectively separates only hydrogen molecules, surrounds a hydrogen storage particle, and a conventional hydrogen purification process and a storage process are integrated. The hydrogen storage complex can prevent oxidation and performance deterioration of the hydrogen storage particle due to an oxidizing gas, and even in a low-purity hydrogen environment, the oxidation of the hydrogen storage particle is delayed and hydrogen can be continuously stored.

Description

저순도 수소저장을 위한 수소저장복합체 및 이의 제조방법{Hydrogen storage composite and its manufacturing method for low-purity hydrogen storage}Hydrogen storage composite and its manufacturing method for low-purity hydrogen storage

본 발명은 저순도 수소저장을 위한 수소저장복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen storage complex for low-purity hydrogen storage and a method for manufacturing the same.

수소는 일반적인 탄화수소에 비해 화학적 에너지 밀도가 3배 가량 높으며, 에너지 생산 단계에서 물을 제외하고 다른 기체가 발생하지 않는 고효율 청정 에너지로 여겨지고 있다. 이러한 수소는 일반적으로 기체상태가 아닌 물 또는 탄화수소에 결합되어 있는 상태이기 때문에 순수한 수소 기체를 얻기 위해서는 추가적인 정제공정이 필수적으로 수반되어야 한다. 종래에는 크게 두 가지 방식으로, 압력순환흡착법 또는 팔라듐 기반 수소 분리막 사용하는 방식을 이용하여 수소를 정제하고 있다. 그러나, 압력순환흡착법은 복잡한 분리 과정을 진행하기 위한 거대 설비가 필요하고 구동과정에서 에너지 소모량이 매우 크다. 또한, 팔라듐 기반 수소 분리막을 사용하는 경우에도 고온,고압 환경을 유지하기 위하여 에너지 소모량이 매우 크며, 고비용 물질인 팔라듐 분리막을 주기적으로 교체해 주어야 한다는 문제가 있다. 수소에너지의 접근성을 향상시키기 위해서는 상기 언급한 정제 과정뿐만 아니라 현행 수소 저장방식 또한 개선이 요구된다. 기존의 물리적 수소 저장방식은 압축, 액화 방식으로 이루어지며 압축방식은 최대 700 bar, 액화방식은 -253 ℃ 이하의 가혹한 조건을 요구하기 때문에 저장을 위해 소모되는 에너지가 매우 크다. 따라서, 수소에너지의 상용화를 앞당기기 위해서는 기존의 정제 및 저장 방식들이 갖던 한계점들을 개선함으로써 수소에너지의 효용성을 증진시켜야 한다.Hydrogen has a chemical energy density that is about three times higher than that of general hydrocarbons, and is considered a highly efficient clean energy source that does not generate any other gases except water during the energy production stage. Since this hydrogen is generally combined with water or hydrocarbons rather than in a gaseous state, an additional purification process is essential to obtain pure hydrogen gas. Conventionally, hydrogen has been purified in two major ways: using the pressure-swing adsorption method or the palladium-based hydrogen separation membrane. However, the pressure-swing adsorption method requires large facilities to perform a complex separation process, and consumes a lot of energy during the operation process. In addition, even when using a palladium-based hydrogen separation membrane, there is a problem that the energy consumption is very high to maintain a high temperature and high pressure environment, and the palladium separation membrane, which is a high-cost material, must be replaced periodically. In order to improve the accessibility of hydrogen energy, not only the above-mentioned purification process but also the current hydrogen storage method needs to be improved. The existing physical hydrogen storage method is a compression and liquefaction method. The compression method requires harsh conditions of up to 700 bar and the liquefaction method requires harsh conditions of -253℃ or lower, so the energy consumed for storage is very large. Therefore, in order to advance the commercialization of hydrogen energy, the limitations of the existing purification and storage methods must be improved to increase the utility of hydrogen energy.

한국 공개특허공보 제10-2023-0168497호 (2023.12.14)Korean Patent Publication No. 10-2023-0168497 (2023.12.14)

본 발명의 일 측면에 따르면, 금속수소화물의 수소저장입자와 상기 수소저장입자를 수소에 대한 선택적 투과 성능을 나타내고, 수소저장입자의 산화를 방지하는 수소 투과 및 산화방지 막으로 감싼 형태의 수소저장복합체를 제공하고자 한다.According to one aspect of the present invention, it is an object to provide a hydrogen storage composite comprising hydrogen storage particles of metal hydride and a hydrogen-permeable and oxidation-preventing film covering the hydrogen storage particles, which exhibits selective hydrogen permeability and prevents oxidation of the hydrogen storage particles.

또한, 종래 초고순도 정제 과정의 필요성을 완화시키고 기존의 물리적 저장 방식이 갖는 문제점을 동시에 해결하기 위한 새로운 수소저장복합체를 제공하고자 한다.In addition, we aim to provide a novel hydrogen storage complex that alleviates the need for conventional ultra-high purity purification processes and simultaneously solves problems with conventional physical storage methods.

또한, 초고순도 정제 과정을 거치지 않은 수소를 수소 저장에 직접 사용함으로써 정제 과정을 간소화함과 동시에 저장 과정과 일원화하여 종래의 수소 정제 및 저장 기술이 갖던 문제점들을 해결하고자 한다.In addition, by directly using hydrogen that has not gone through an ultra-high purity purification process for hydrogen storage, the purification process is simplified and integrated with the storage process, thereby solving problems with conventional hydrogen purification and storage technologies.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 수소저장복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.According to another aspect of the present invention, an object is to provide a method for manufacturing the hydrogen storage complex.

본 발명의 발명자들은 종래의 수소 정제 및 저장 과정에서의 한계점을 극복하기 위하여 연구한 결과, 금속 기반 수소 저장물질의 표면을 수소 분리막 역할을 할 수 있는 물질로 감싸진 형태의 새로운 수소저장복합체를 개발하게 되었으며, 이러한 수소저장복합체는 정제과정과 저장과정이 일원화 가능하여 종래 기술의 문제점을 개선할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have conducted research to overcome the limitations of conventional hydrogen purification and storage processes, and as a result, have developed a new hydrogen storage composite in which the surface of a metal-based hydrogen storage material is covered with a material capable of acting as a hydrogen separation membrane. They have also discovered that such a hydrogen storage composite can improve the problems of conventional technologies by allowing the purification and storage processes to be integrated, thereby completing the present invention.

본 발명은 금속수소화물로 이루어진 단분자입자 또는 단분자입자의 응집입자인 수소저장입자; 및 상기 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 형성되어, 선택적으로 수소 투과를 가능하게 하고 수소저장입자의 산화를 방지하는 수소 투과 및 산화방지 막;을 포함하는 수소저장복합체를 제공한다.The present invention provides a hydrogen storage composite including: a hydrogen storage particle which is a single molecular particle or an aggregate of single molecular particles made of a metal hydride; and a hydrogen permeation and oxidation prevention film which is formed on part or all of the surface of the hydrogen storage particle to selectively allow hydrogen to pass through and prevent oxidation of the hydrogen storage particle.

일 양태로, 상기 수소 투과 및 산화방지 막은 산화그래핀(Graphene oxide; GO), 환원된 산화그래핀(Reduced graphene oxide; rGO)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그래핀 유도체;, 흑연질화탄소(Graphitic carbon nitride);, 금속산화물, 금속질화물 및 순수금속으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물에서 선택되는 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen permeation and oxidation prevention film may be selected from a graphene derivative including one or a mixture thereof selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO); graphitic carbon nitride; and one or two or more metal compounds selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and pure metals.

일 양태로, 상기 수소투과 및 산화방지 막은 상기 수소저장복합체 내에 2 내지 50 wt%로 포함된 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen permeability and oxidation prevention membrane may be included in the hydrogen storage complex at 2 to 50 wt%.

일 양태로, 상기 금속수소화물은 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물인 것일 수 있다.In one embodiment, the metal hydride may be a compound of one or more metals selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals.

일 양태로, 상기 수소저장입자는 평균 직경이 2 nm 내지 50 μm 인 것일 수 있다.In one aspect, the hydrogen storage particles may have an average diameter of 2 nm to 50 μm.

일 양태로, 상기 수소저장복합체는 저순도 수소환경 하에서 수소 흡수 시 용량 보존율이 23% 이상인 것일 수 있다.In one aspect, the hydrogen storage complex may have a capacity retention rate of 23% or more when absorbing hydrogen in a low-purity hydrogen environment.

일 양태로, 상기 저순도 수소환경은 혼합기체에서 수소의 조성이 90% 이상인 것일 수 있다.In one aspect, the low-purity hydrogen environment may be one in which the composition of hydrogen in the mixed gas is 90% or more.

본 발명의 다른 과제는 상기 수소저장복합체를 포함하는 수소저장복합체 조성물을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a hydrogen storage complex composition comprising the hydrogen storage complex.

본 발명의 또 다른 과제는 상기 수소저장복합체에 수소를 저장하는 것을 특징으로 하는 수소저장방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a hydrogen storage method characterized by storing hydrogen in the hydrogen storage complex.

일 양태로, 또 다른 과제는 수소저장입자의 전구체 물질을 포함하는 금속수소화물 전구체 용액으로부터 수소저장입자를 제조하는 단계; 및 상기 수소저장입자를 수소 투과 및 산화방지 막 용액과 혼합하여 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수소저장복합체 제조방법을 제공한다.In one aspect, another object is to provide a method for producing a hydrogen storage composite, comprising: a step of producing a hydrogen storage particle from a metal hydride precursor solution including a precursor material of the hydrogen storage particle; and a step of mixing the hydrogen storage particle with a hydrogen permeability and oxidation prevention film solution to form a hydrogen permeability and oxidation prevention film on part or all of the surface of the hydrogen storage particle.

일 양태로, 상기 금속수소화물 전구체 용액은 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물을 포함하는 금속수소화물 또는 유기 금속 화합물이 용매에 용해된 것일 수 있다.In one embodiment, the metal hydride precursor solution may be a metal hydride or organometallic compound containing one or more metal compounds selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals dissolved in a solvent.

일 양태로, 상기 수소 투과 및 산화방지 막 용액은 산화그래핀(Graphene oxide; GO), 환원된 산화그래핀(Reduced graphene oxide; rGO)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그래핀 유도체, 흑연질화탄소(Graphitic carbon nitride), 및 금속 전구체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 용매에 혼합된 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen permeation and oxidation prevention membrane solution may be a mixture of one or more of a graphene derivative selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), or a mixture thereof, graphitic carbon nitride, and a metal precursor, mixed in a solvent.

일 양태로, 상기 금속수소화물 전구체 용액과 수소 투과 및 산화방지 막 용액을 교반 후에 환원제를 투입하여 공환원하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the method may further include a step of adding a reducing agent to cause reduction after stirring the metal hydride precursor solution and the hydrogen permeation and oxidation prevention membrane solution.

본 발명의 또 다른 과제는 분말화된 합금형태의 수소저장입자를 제조하는 단계; 및 상기 수소저장입자를 산소 또는 질소 분위기에서 가열하여 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수소저장복합체 제조방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hydrogen storage composite, including the steps of manufacturing a powdered alloy-type hydrogen storage particle; and the step of heating the hydrogen storage particle in an oxygen or nitrogen atmosphere to form a hydrogen permeation and oxidation prevention film on part or all of the surface of the hydrogen storage particle.

일 양태로, 상기 합금형태는 AB5, AB2, AB, A2B, A 구조의 합금이며, 상기 A는 수소화물을 형성할 수 있는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 타이타늄(Ti), 지그코늄(Zr)에서 선택되는 어느 하나인 것이며, 금속 B는 전이금속인 것일 수 있다.In one embodiment, the alloy form is an alloy having a structure of AB 5 , AB 2 , AB, A 2 B, A, wherein A is any one selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), titanium (Ti), and zirconium (Zr) capable of forming a hydride, and the metal B may be a transition metal.

일 양태로, 상기 수소저장복합체 제조방법은 금속산화물 또는 금속질화물로 수소저장입자에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 것일 수 있다.In one aspect, the method for manufacturing the hydrogen storage composite may be to form a hydrogen permeation and oxidation prevention film on a hydrogen storage particle using a metal oxide or a metal nitride.

본 발명의 일 양태에 따른 수소저장복합체는 수소 투과 및 산화방지 막이 수소 분자만을 선택적으로 분리해내어 산화종 기체에 의한 수소저장입자의 산화 및 성능 열화를 지연시킬 수 있다.A hydrogen storage complex according to one aspect of the present invention can delay oxidation and performance deterioration of hydrogen storage particles by oxidizing gas by selectively separating only hydrogen molecules through a hydrogen permeation and oxidation prevention membrane.

본 발명의 일 양태에 따른 수소저장복합체는 저순도 수소 환경 하에서도 수소저장입자의 산화가 지연되고 지속적인 수소 저장이 가능할 수 있다.A hydrogen storage complex according to one aspect of the present invention can delay oxidation of hydrogen storage particles and enable continuous hydrogen storage even in a low-purity hydrogen environment.

또한, 수소 투과 및 산화방지 막이 저순도 수소 내에 존재하는 불순 기체에 대한 방어막 역할을 수행하여 금속 기반 수소 저장 물질의 산화를 지연함으로써, 저순도 수소 환경에서도 지속적인 수소 저장이 가능하도록 저장 성능을 보존할 수 있다.In addition, the hydrogen permeability and oxidation prevention membrane acts as a barrier against impurity gases present in low-purity hydrogen, thereby delaying oxidation of the metal-based hydrogen storage material, thereby preserving storage performance so that continuous hydrogen storage is possible even in a low-purity hydrogen environment.

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 수소저장복합체의 개략도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 1 내지 6을 전자 투과 현미경으로 관찰한 것을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 1의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 2의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 3의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 4의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 5의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 6의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 7을 주사전자현미경으로 관찰한 것을 도시화한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 양태에 따른 실시예 7의 수소 흡수 성능을 그래프로 나타낸 것이다.
FIG. 1 is a schematic diagram of a hydrogen storage complex according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates examples 1 to 6 according to one aspect of the present invention observed using an electron transmission microscope.
Figure 3 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 1 according to one aspect of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 2 according to one aspect of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 3 according to one aspect of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 4 according to one aspect of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 5 according to one aspect of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 6 according to one aspect of the present invention.
Figure 9 is a diagram illustrating Example 7 according to one aspect of the present invention observed using a scanning electron microscope.
Figure 10 is a graph showing the hydrogen absorption performance of Example 7 according to one aspect of the present invention.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, the following specific examples or examples are only a reference for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description of this invention is only for the purpose of effectively describing particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, the singular forms used in the specification and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Additionally, when a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise specifically stated.

또한 본 발명에서 특별한 정의가 없는 한, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재와“상에”위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. Additionally, unless otherwise specifically defined in the present invention, when a layer or member is said to be located “on” another layer or member, this includes not only cases where a layer or member is in contact with another layer or member, but also cases where another layer or member exists between the two layers or two members.

또한 본 명세서에서 사용되는 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위하여 사용된다.In addition, the terms “about,” “substantially,” etc. used in this specification are used in a meaning that is at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings mentioned are presented, and are used to prevent unscrupulous infringers from unfairly utilizing the disclosure contents in which exact or absolute numerical values are mentioned to aid understanding of the present invention.

종래의 수소 정제 및 저장과정은 에너지소모량 매우 큼에 따라 고비용의 설비시설 및 저장환경에 대한 안정성 등의 문제점이 언급되어져 왔다. 상기 수소 정제 및 저장과정에서의 한계점을 극복하기 위하여, 본 발명자들은 기존의 정제 및 저장공정이 간소화 및 통합된 수소저장복합체를 발명하기 이르렀다.The conventional hydrogen purification and storage process has been criticized for its high energy consumption, high cost of facilities, and instability of the storage environment. In order to overcome the limitations of the above hydrogen purification and storage process, the inventors of the present invention have invented a hydrogen storage complex in which the conventional purification and storage process is simplified and integrated.

본 발명은 금속수소화물로 이루어진 단분자입자 또는 단분자입자의 응집입자인 수소저장입자; 및 상기 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 형성되어, 선택적으로 수소 투과를 가능하게 하고 수소저장입자의 산화를 방지하는 수소 투과 및 산화방지 막;을 포함하는 수소저장복합체를 제공한다.The present invention provides a hydrogen storage composite including: a hydrogen storage particle which is a single molecular particle or an aggregate of single molecular particles made of a metal hydride; and a hydrogen permeation and oxidation prevention film which is formed on part or all of the surface of the hydrogen storage particle to selectively allow hydrogen to pass through and prevent oxidation of the hydrogen storage particle.

일 양태로, 상기 수소저장입자는 금속수소화물로 이루어진 단분자입자 또는 단분자입자의 응집입자 즉, 2차입자인 것일 수 있으며, 평균 직경이 수 나노미터(nm)에서 수십 마이크로미터(μm)일 수 있다. 상기 평균 직경은 이에 제한되는 것은 아니지만, 평균 직경이 2 nm 내지 50 μm 더 좋게는 2 nm 내지 30 μm인 것일 수 있으며, 수소저장입자의 종류에 따라 상이할 수 있다. 예를 들면 마그네슘의 수소저장입자일 경우 평균 직경이 2 내지 20 nm 좋게는 2 내지 10 nm 일 수 있으며, TiFe 계 합금을 이용한 수소저장입자일 경우 5 내지 30 μm 좋게는 10 내지 25 μm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 평균 직경 범위의 수소저장입자가 우수한 수소저장효율을 가질 수 있어 선호될 수 있다.In one embodiment, the hydrogen storage particles may be single molecular particles or aggregated particles of single molecular particles, i.e. secondary particles, made of a metal hydride, and may have an average diameter of several nanometers (nm) to tens of micrometers (μm). The average diameter is not limited thereto, but may be 2 nm to 50 μm, more preferably 2 nm to 30 μm, and may vary depending on the type of the hydrogen storage particles. For example, in the case of hydrogen storage particles made of magnesium, the average diameter may be 2 to 20 nm, preferably 2 to 10 nm, and in the case of hydrogen storage particles using a TiFe alloy, the average diameter may be 5 to 30 μm, preferably 10 to 25 μm, but is not limited thereto. Hydrogen storage particles having the above average diameter range may have excellent hydrogen storage efficiency and thus may be preferred.

일 양태로, 상기 금속수소화물은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이금속 등 수소화물을 안정하게 형성하는 모든 금속과, 그러한 금속들로 구성된 금속화합물인 것일 수 있다.In one aspect, the metal hydride may be any metal that stably forms a hydride, such as an alkali metal, an alkaline earth metal, or a transition metal, and a metal compound composed of such metals.

상기 금속수소화물은, 수소화물을 안정하게 형성하는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이금속은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 나이오븀(Nb), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr) 등을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 금속화합물은 금속 기반 수소 저장 물질을 포함하는 것이라면 이를 제한하지 않으나, TiFe 계열의 AB 합금, TiMn2 계열의 AB2 합금, Mg2Ni 계열의 A2B 합금, LaNi5 계열의 AB5 합금 등일 수 있으며, 예를 들면 LaNi5, CaNi5, TiMn2, ZrMn2, ZrV2, TiFe, Mg2Ni 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The above metal hydride may include, but is not limited to, alkali metals, alkaline earth metals and transition metals that stably form hydrides, such as lithium (Li), magnesium (Mg), calcium (Ca), titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb), nickel (Ni), zirconium (Zr). In addition, the metal compound is not limited as long as it includes a metal-based hydrogen storage material, but may be an AB alloy of the TiFe series, an AB 2 alloy of the TiMn 2 series, an A 2 B alloy of the Mg 2 Ni series, an AB 5 alloy of the LaNi 5 series, etc., and examples thereof may include, but are not limited to, LaNi 5 , CaNi 5 , TiMn 2 , ZrMn 2 , ZrV 2 , TiFe, Mg 2 Ni, etc.

일 양태로, 상기 수소 투과 및 산화방지 막은 선택적으로 수소를 투과시키고, 상기 수소저장입자의 산화를 방지할 수 있는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 또한, 상기 수소저장입자의 산화를 방지하여 지속적인 수소 저장이 가능하도록 하기 위한 관점에서 상기 수소저장입자의 표면은 상기 수소 투과 및 산화방지 막으로 감싸지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 “수소 투과 및 산화방지 막”은 상기 수소저장입자의 표면을 일부 또는 전부 감싸며, 수소의 선택적인 투과 및 수소저장입자의 산화방지 역할을 하는 코팅 층(coating layer)인 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen permeation and oxidation prevention film may be used without limitation as long as it is a material that selectively allows hydrogen to pass through and prevents oxidation of the hydrogen storage particle. In addition, from the viewpoint of preventing oxidation of the hydrogen storage particle to enable continuous hydrogen storage, it is preferable that the surface of the hydrogen storage particle be covered with the hydrogen permeation and oxidation prevention film. That is, the “hydrogen permeation and oxidation prevention film” may be a coating layer that partially or completely covers the surface of the hydrogen storage particle and plays a role in selectively allowing hydrogen to pass through and preventing oxidation of the hydrogen storage particle.

이때 상기 수소저장입자의 표면이 상기 수소 투과 및 산화방지 막으로 감싼다는 것은, 일 양태로 도 1에 도시된 바와 같이, 층상 구조 형태의 수소 투과 및 산화방지 막 사이에 상기 수소저장입자가 고정되는 것을 의미할 수 있다. 즉, 상기 수소저장입자의 표면이 상기 수소투과막으로 완전히 감싸지는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 수소투과막의 예를 들면, 산화그래핀(Graphene oxide; GO) 및 환원된 산화그래핀(reduced graphene oxide; rGO) 등을 포함하는 그래핀 유도체 및 흑연질화탄소(Graphitic carbon nitride) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.At this time, covering the surface of the hydrogen storage particle with the hydrogen permeability and oxidation prevention film may mean, in one embodiment, that the hydrogen storage particle is fixed between hydrogen permeability and oxidation prevention films having a layered structure, as illustrated in FIG. 1. That is, it may be preferable that the surface of the hydrogen storage particle is completely wrapped with the hydrogen permeability film. Examples of such hydrogen permeability films may include, but are not limited to, one or a mixture of two or more selected from the group consisting of graphene derivatives including graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), and graphitic carbon nitride.

상기 수소저장입자의 표면이 상기 수소 투과 및 산화방지 막으로 감싼다는 것의 또 다른 양태로는, 상기 수소저장입자 표면의 전체 또는 일부에 순수금속, 금속산화물 및 금속질화물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물의 코팅 층을 형성하는 것일 수 있다.Another aspect of covering the surface of the hydrogen storage particle with the hydrogen permeability and oxidation prevention film may be to form a coating layer of one or more metal compounds selected from pure metals, metal oxides, and metal nitrides on all or part of the surface of the hydrogen storage particle.

상기 수소저장입자 표면의 “일부”에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키 것은 상기 수소저장입자 표면적의 50% 이상, 예를 들면 50% 이상 99% 이하가 금속화합물의 코팅 층으로 형성된 것을 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 수소저장입자의 표면의 “전부” 또는 “전체”에 코팅 층을 형성한다는 것은 상기 수소저장입자 표면의 전부, 즉 100%가 수소 투과 및 산화방지 막 물질로 형성된 것을 의미하는 것일 수 있다.Forming a hydrogen permeable and oxidation-preventing film on “a portion” of the surface of the hydrogen storage particle may mean that 50% or more, for example, 50% or more and 99% or less of the surface area of the hydrogen storage particle is formed with a coating layer of a metal compound. In addition, forming a coating layer on “all” or “entire” of the surface of the hydrogen storage particle may mean that the entire surface of the hydrogen storage particle, i.e., 100%, is formed with a hydrogen permeable and oxidation-preventing film material.

상기 “수소 투과 및 산화방지 막”은 수소에 대한 선택적 투과막 역할까지 수행하면서 산화종 기체와의 반응으로 인한 산화를 차단할 수 있다. 또한 추가적으로 수소 저장 과정 전반에 촉매 활성을 나타낼 수도 있기 때문에 전반적인 수소 저장 활성을 향상시킬 수 있음과 동시에 수소저장입자의 표면 일부가 코팅 층이 형성되지 않아 불순 기체에 의해 산화가 되더라도, 주변 코팅 층 영역이 수소화 및 탈수소화의 채널 역할을 수행하면서 지속적인 수소 저장이 진행될 수 있다.The above “hydrogen permeation and oxidation prevention film” can block oxidation caused by reaction with oxidizing gas while performing the role of a selective permeation film for hydrogen. In addition, since it can exhibit catalytic activity throughout the hydrogen storage process, it can improve the overall hydrogen storage activity, and at the same time, even if a part of the surface of the hydrogen storage particle is not formed with a coating layer and is oxidized by an impure gas, the surrounding coating layer area can perform the role of a channel for hydrogenation and dehydrogenation, so that continuous hydrogen storage can proceed.

상기 순수금속은 수소와 반응할 수 있는 금속이라면 이를 제한하지 않으나 예를 들면 팔라듐 등일 수 있다.The above pure metal is not limited to any metal that can react with hydrogen, but may be, for example, palladium.

상기 팔라듐으로 코팅 층을 형성하는 것은 “갈바닉(Galvanic) 치환 반응”을 이용하는 것일 수 있다. 상기 “갈바닉 치환 반응”은 용액 기반 합성법으로, 용액 내의 고체 상태의 입자와 용해된 상태의 금속 이온 사이에서 일어나는 산화/환원 반응 중 하나이며, 환원 전위가 낮은 원소의 원자가 높은 원소의 이온에게 전자를 공여하는 과정에서 전자를 잃은 원자는 이온이 되어 용해되고, 전자를 받은 이온은 원자 상태로 환원되어 금속 표면에 증착되는 방법이다. 반응성이 큰 수소저장입자를, 상대적으로 반응성이 낮은 원소의 전구체 용액에 노출시킴으로써 수소저장입자의 표면을 원하는 물질로 치환하는 것일 수 있다.The formation of the coating layer with the above palladium may utilize a “galvanic substitution reaction.” The above “galvanic substitution reaction” is a solution-based synthetic method, which is one of the oxidation/reduction reactions that occurs between solid particles in a solution and dissolved metal ions. In the process in which an atom of an element with a low reduction potential donates electrons to an ion of a high element, the atom that loses an electron becomes an ion and dissolves, and the ion that received the electron is reduced to an atomic state and deposited on the metal surface. It may be a method to replace the surface of a hydrogen storage particle with a desired material by exposing a highly reactive hydrogen storage particle to a precursor solution of a relatively low-reactivity element.

상기 금속산화물로 코팅 층을 형성하는 것은 예를 들면, 금속 기반 수소저장입자를 고온 조건에서 의도적으로 산화종 기체 환경에 노출시켜 표면에 산화막을 형성함으로써 추가적인 산화를 억제시키는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.Forming a coating layer with the above metal oxide may be, for example, but is not limited to, intentionally exposing the metal-based hydrogen storage particle to an oxidizing gas environment at high temperature conditions to form an oxide film on the surface to inhibit further oxidation.

상기 금속질화물로 코팅 층을 형성하는 것은 예를 들면, 금속 기반 수소저장입자를 질소 환경에서 가열 및 반응시켜 형성함으로써 산화 저항성을 향상시키는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.Forming a coating layer with the above metal nitride may be, for example, but is not limited to, forming the metal-based hydrogen storage particle by heating and reacting it in a nitrogen environment to improve the oxidation resistance.

일 양태로, 상기 수소 투과 및 산화방지 막은 이를 제한하지 않으나 상기 수소저장복합체 내에 2 내지 50 wt%, 더 좋게는 10 내지 30 wt%로 포함된 것일 수 있으며, 상기 범위에서 수소투과막이 저순도 수소환경 하에서의 수소저장입자 저장 성능 열화를 지연시킬 수 있고 산화를 방지할 수 있으며, 수소 투과에 대한 선택도를 향상시킬 수 있어 선호될 수 있다.In one embodiment, the hydrogen permeation and oxidation prevention membrane may be included in the hydrogen storage composite in an amount of, but not limited to, 2 to 50 wt%, more preferably 10 to 30 wt%, and in the above range, the hydrogen permeation membrane may be preferred because it can delay deterioration of the storage performance of hydrogen storage particles in a low-purity hydrogen environment, prevent oxidation, and improve selectivity for hydrogen permeation.

일 양태로, 상기 수소저장복합체는 저순도 수소환경 하에서 수소 흡수 시 용량 보존율이 23 내지 99% 더 좋게는 50 내지 98% 이상인 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen storage complex may have a capacity retention rate of 23 to 99%, or even better, 50 to 98% or more when absorbing hydrogen in a low-purity hydrogen environment.

일 양태로, 상기 저순도 수소환경은 혼합기체에서 수소의 조성이 90% 이상인 것일 수 있으며, 예를 들면 이를 제한하지 않으나, 이산화탄소에 대한 수소의 비가 9 : 1인 혼합기체일 수 있다.In one embodiment, the low-purity hydrogen environment may be a mixed gas having a hydrogen composition of 90% or more, for example, but not limited to, a mixed gas having a ratio of hydrogen to carbon dioxide of 9:1.

본 발명의 다른 양태는 상기 수소저장복합체를 포함하는 수소저장복합체 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a hydrogen storage complex composition comprising the hydrogen storage complex.

상기 수소저장복합체 조성물은 용도에 따라서 박막 또는 파우더 등의 형태로 제조할 수 있는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The above hydrogen storage complex composition may be manufactured in the form of a thin film or powder, depending on the intended use, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 양태는 수소저장복합체에 수소를 저장하는 것을 특징으로 하는 수소저장방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a hydrogen storage method characterized by storing hydrogen in a hydrogen storage complex.

상기 수소저장방법은 수소저장입자에 수소를 물리적으로 흡착, 흡착된 수소가 수소저장입자의 금속 격자 구조에 흡수되어 화합물을 형성함으로써 수소가 저장되는 단계, 저장된 수소를 필요로 할 때 방출하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.The above hydrogen storage method may include a step of physically adsorbing hydrogen onto a hydrogen storage particle, storing hydrogen by allowing the adsorbed hydrogen to be absorbed into a metal lattice structure of the hydrogen storage particle to form a compound, and releasing the stored hydrogen when needed.

본 발명의 또 다른 양태로 상기 수소저장복합체 제조방법을 설명한다. 제조방법의 제 1양태는 용액 반응 방법의 수소저장복합체 제조방법이며, 제 2양태는 수소저장입자의 표면에 산화물이나 질화물을 형성시키는 방법의 제조방법일 수 있다. 하기 제 1 양태 및 제 2양태의 수소저장복합체의 제조방법을 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.In another aspect of the present invention, a method for manufacturing the hydrogen storage composite is described. The first aspect of the manufacturing method is a method for manufacturing the hydrogen storage composite using a solution reaction method, and the second aspect may be a method for manufacturing the hydrogen storage composite using a method for forming an oxide or nitride on the surface of a hydrogen storage particle. The methods for manufacturing the hydrogen storage composite of the first aspect and the second aspect are described below, but are not limited thereto.

본 발명의 수소저장복합체 제조방법의 제 1양태는, 수소저장입자의 전구체 물질을 포함하는 금속수소화물 전구체 용액으로부터 수소저장입자를 제조하는 단계; 및 상기 수소저장입자를 수소 투과 및 산화방지 막 용액과 혼합하여 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수소저장복합체 제조방법을 제공한다.A first aspect of a method for manufacturing a hydrogen storage composite of the present invention provides a method for manufacturing a hydrogen storage composite, comprising: a step of manufacturing a hydrogen storage particle from a metal hydride precursor solution including a precursor material of the hydrogen storage particle; and a step of mixing the hydrogen storage particle with a hydrogen permeability and oxidation prevention film solution to form a hydrogen permeability and oxidation prevention film on part or all of the surface of the hydrogen storage particle.

일 양태로, 상기 금속수소화물 전구체 용액은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이금속 등 수소화물을 안정하게 형성하는 모든 금속과 수소화물을 형성하지 않는 전이금속으로 이루어진 금속화합물을 포함하는 금속수소화물 또는 유기 금속 화합물인 것일 수 있다. 예를 들면, 이를 제한하지 않으나 다이사이클로펜타다이에닐 마그네슘(Dicyclopentadienyl Magnesium, Mg(Cp)2), LaNi5H6, CaNi5H6, Ti1.2Mn1.8H3, ZrMn2H3, ZrV2H4.5, TiFeH2, Mg2NiH4, MgH2, 및 VH2으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물을 적절한 용매에 용해하여 제조하거나 고체상에서 제조하는 것일 수 있다.In one embodiment, the metal hydride precursor solution may be a metal hydride or organometallic compound including a metal compound composed of all metals that stably form hydrides, such as alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals, and transition metals that do not form hydrides. For example, but not limited to, dicyclopentadienyl magnesium (Mg(Cp) 2 ), LaNi 5 H 6 , CaNi 5 H 6 , Ti 1.2 Mn 1.8 H 3 , ZrMn 2 H 3 , ZrV 2 H 4.5 , TiFeH 2 , Mg 2 NiH 4 , MgH 2 , and VH 2 , may be prepared by dissolving any one or two or more compounds selected from the group consisting of, in an appropriate solvent, or prepared in a solid phase.

상기 수소저장입자를 제조하는 단계는 상기 금속전구체 용액에 기판(Substrate)물질 용액을 교반하여 금속 이온이 기판물질에 존재하는 작용기 등과의 정전기적 상호작용으로 인해 안정화가 되고, 이를 환원하는 과정에서 금속 입자를 기판물질에 결합시키고 성장시켜 수득되는 것일 수 있다.The step of manufacturing the above hydrogen storage particles may be achieved by stirring a substrate material solution in the metal precursor solution so that the metal ions are stabilized through electrostatic interaction with functional groups existing in the substrate material, and then bonding and growing the metal particles to the substrate material in the process of reducing the metal ions.

일 양태로, 상기 수소 투과 및 산화방지 막 용액은 산화그래핀(Graphene oxide; GO), 환원된 산화그래핀(reduced graphene oxide; rGO), 부분 환원된 산화그래핀(Partially reduced graphene oxide; prGO), 흑연질화탄소(Graphitic carbon nitride) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 용매에 혼합된 것이며, 단순용해 또는 초음파 처리로 분산시켜 제조되는 것일 수 있다.In one embodiment, the hydrogen permeation and oxidation prevention membrane solution is prepared by mixing one or more selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), partially reduced graphene oxide (prGO), and graphitic carbon nitride in a solvent, and dispersing the mixture through simple dissolution or ultrasonic treatment.

또한, 상기 수소 투과 및 산화방지 막 용액은 금속전구체가 용해된 용액일 수 있다. 예를 들면 팔라듐 전구체 일수 있으며, 상기 팔라듐으로 코팅 층을 형성하는 방법은 상기 제조된 수소저장복합체를 팔라듐 전구체 용액을 이용해 “갈바닉 치환 반응” 시켜 기존 수소저장입자의 금속화합물 입자 표면을 팔라듐으로 치환하여 코팅 층을 형성하는 것일 수 있다.In addition, the hydrogen permeation and oxidation prevention film solution may be a solution in which a metal precursor is dissolved. For example, it may be a palladium precursor, and the method for forming a coating layer with palladium may be to form a coating layer by performing a “galvanic substitution reaction” on the manufactured hydrogen storage composite using a palladium precursor solution to replace the surface of the metal compound particles of the existing hydrogen storage particles with palladium.

상기 용매는 상기 수소 투과 및 산화방지 막 물질을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용액이라면 이를 제한하지 않지만, 예를 들면 테트라하이드로퓨란(THF), 헥세인(Hexane), 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기용매 또는 부틸메틸피리디늄다이시안아마이드(BMP-DCA) 등의 이온성 액체를 사용하는 것일 수 있다.The solvent is not limited to any solution capable of dissolving or dispersing the hydrogen permeable and oxidation-preventing membrane material, but may be, for example, an organic solvent such as tetrahydrofuran (THF), hexane, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), or an ionic liquid such as butylmethylpyridinium dicyanamide (BMP-DCA).

일 양태로, 상기 금속 전구체 용액과 수소 투과 및 산화방지 막 용액을 혼합한 후에 환원제를 투입하여 공환원하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the method may further include a step of mixing the metal precursor solution and the hydrogen permeable and oxidation-preventing film solution and then adding a reducing agent to cause reduction.

상기 공환원은 금속 전구체와 수소 투과막 물질이 환원제에 의해 동시에 환원되는 반응인 것일 수 있다.The above reduction may be a reaction in which a metal precursor and a hydrogen permeable membrane material are simultaneously reduced by a reducing agent.

상기 환원제는 금속이온용액, 알칼리금속용액, 수소화금속이온용액 등을 사용하는 것일 수 있으며, 예를 들면 리튬알루미늄수소화물(LiAlH4), 리튬나프탈레나이드(LiNaph) 및 수소화붕소나트륨(NaBH4) 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The reducing agent may be a metal ion solution, an alkali metal solution, a hydride metal ion solution, etc., and examples thereof include, but are not limited to, lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), lithium naphthalenide (LiNaph), and sodium borohydride (NaBH 4 ).

본 발명의 수소저장복합체 제조방법의 제 2양태는, 분말화된 합금형태의 수소저장입자를 제조하는 단계; 및 상기 수소저장입자를 산소 또는 질소 분위기에서 가열하여 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수소저장복합체 제조방법을 제공한다.A second aspect of the method for manufacturing a hydrogen storage composite of the present invention provides a method for manufacturing a hydrogen storage composite, comprising: a step of manufacturing a powdered alloy-type hydrogen storage particle; and a step of heating the hydrogen storage particle in an oxygen or nitrogen atmosphere to form a hydrogen permeation and oxidation prevention film on part or all of the surface of the hydrogen storage particle.

일 양태로, 상기 합금형태는 AB5, AB2, AB, A2B, A 구조의 합금형태이며, 상기 A는 수소화물을 형성할 수 있는 Mg, Ca, Ti, Zr 등의 금속 B는 전이금속인 것일 수 있으며, 예를 들면 LaNi5, CaNi5, TiMn2, ZrMn2, ZrV2, TiFe, Mg2Ni 등의 합금일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the alloy form is an alloy form having a structure of AB 5 , AB 2 , AB, A 2 B, A, wherein A may be a metal such as Mg, Ca, Ti, or Zr capable of forming a hydride, and B may be a transition metal, and examples thereof may include, but are not limited to, alloys such as LaNi 5 , CaNi 5 , TiMn 2 , ZrMn 2 , ZrV 2 , TiFe, and Mg 2 Ni.

일 양태로, 상기 수소저장복합체 제조방법은 금속산화물 또는 금속질화물로 수소저장입자의 표면에 수소 투과 및 산화방지 막, 즉 코팅 층을 형성시키는 것일 수 있다.In one aspect, the method for manufacturing the hydrogen storage composite may be to form a hydrogen permeation and oxidation prevention film, i.e., a coating layer, on the surface of a hydrogen storage particle using a metal oxide or a metal nitride.

상기 금속산화물 및 금속질화물로 코팅 층을 형성시키는 방법은, 산화종 기체 또는 질소 기체 하에서 매우 높은 온도로 상기 제조된 수소저장입자를 가열하는 방법으로 코팅 층을 형성시키는 것일 수 있으며, 예를 들면 순간적으로 강한 전류를 흘려주는 과정에서 물질의 저항으로 인해 줄열(Joule heating)이 발생하는 현상을 이용하여 짧은 시간동안 매우 높은 온도까지 가열할 수 있는 “고온 충격법”을 이용하는 것일 수 있다.The method for forming a coating layer with the above metal oxide and metal nitride may be a method for forming a coating layer by heating the manufactured hydrogen storage particle at a very high temperature under an oxidizing gas or nitrogen gas, and for example, a “high-temperature impact method” may be used that can heat to a very high temperature for a short period of time by utilizing a phenomenon in which Joule heating is generated due to the resistance of a material in a process in which a strong current is momentarily passed.

예를 들면, 상기 금속질화물 막을 형성하는 방법은 타이타늄(Ti)을 포함하는 수소저장물질을 고온으로 가열하여 표면에 질화타이타늄(TiNx) 층이 형성되어 수소 투과 및 산화방지 막 기능을 하는 것일 수 있다.For example, a method for forming the metal nitride film may be to heat a hydrogen storage material including titanium (Ti) at a high temperature to form a titanium nitride (TiNx) layer on the surface, thereby functioning as a hydrogen permeation and oxidation prevention film.

상기 “갈바닉 치환 반응” 및 “고온 충격법”은 비교적 간단하게 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시킬 수 있어 선호되나, 이에 제한되지 않는다.The above “galvanic replacement reaction” and “high temperature impact method” are preferred because they can form a hydrogen permeable and oxidation-preventing film relatively simply, but are not limited thereto.

이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are only examples for describing the present invention in more detail, and the present invention is not limited to the following examples.

[측정방법][measurement method]

1. 수소저장입자의 평균 직경 크기 측정1. Measurement of the average diameter size of hydrogen storage particles

제조된 수소저장입자를 THF에 분산시킨 후 Lacey/Carbon 300 Mesh Cu에 도포 및 건조시켜 그리드(Grid)를 준비하였다. 가속전압이 300 kV인 투과전자 현미경 (Tecnai G2 F20, FEI company)으로 투과 전자 이미지를 확인하여 평균 직경 크기를 측정하였다.The manufactured hydrogen storage particles were dispersed in THF, then applied to Lacey/Carbon 300 Mesh Cu, and dried to prepare a grid. The average diameter size was measured by observing the transmission electron image using a transmission electron microscope (Tecnai G2 F20, FEI company) with an acceleration voltage of 300 kV.

2. 수소저장복합체의 수소 흡수 성능 평가2. Evaluation of hydrogen absorption performance of hydrogen storage complex

순수 수소 및 혼합 가스 환경에서의 수소 흡수 성능을 평가하기 위하여 순수 수소 환경에서의 수소 성능 평가를 진행한 다음, 수소와 이산화탄소의 비율이 9:1인 혼합 기체 환경에서도 측정을 진행하였다. 측정은 시버트 타입(Sievert's type)의 부피 기반 기체 저장 용량 측정 장비를 활용하였으며 자세한 방법은 다음과 같다. 먼저 2 ml 부피의 원통형 스테인리스 셀(Stainless cell)에 분말 형태의 수소 저장 복합체를 80 mg 넣은 뒤, High pressure volumetric analyzer (HPVA, Micromeritics) 장비에 연결한다. 이 때, 샘플 셀 부분은 장비와 연결된 퍼니스(Furnace)에 넣어 온도를 조절할 수 있다. 연결 후 장비 내부 가스 라인(Line)의 불순 가스를 제거하기 위해 진공 및 헬륨(He) 기체 퍼지(Purge)를 반복한다. 이후 라인 및 셀에 헬륨 가스를 채우고 각 체결부에 기체 누출이 없는지 라인 및 셀 내의 압력 변화 여부를 통해 확인한다. 이후 측정 온도에서 셀 내의 겉보기 부피(Apparent volume)를 측정하기 위해 부피 교정(Volume calibration)을 진행한다. 수소 흡수 성능 평가는 200 °C의 온도 조건에서 순수 수소의 경우 측정 시작 시 샘플에 가해지는 압력이 15 bar가 되도록 기체를 주입하고, 혼합 기체(H2 : CO2 = 9 : 1)의 경우 순수 수소의 분압이 15 bar가 되도록 혼합 가스를 투입하였다. 이후 클로스드 시스템(Closed system)에서 최소 6 시간 동안 샘플을 노출시킨 다음 셀 내부의 기체 압력 변화량을 토대로 수소 흡수량을 계산한다. 이후 수소 방출은 300 °C로 셀을 승온시키고 샘플을 0.02 bar 환경에 12 시간 노출시킴으로써 진행하며 흡수 과정과 마찬가지로 압력의 변화를 측정하여 방출량을 계산하였다. 측정 중 압력 변화량, 셀 및 리저버(Reservoir)의 부피, 측정 온도 값을 이상 기체 상태 방정식에 대입하여 흡수된 수소의 몰(mol) 수를 계산하여 수소 저장 용량을 측정하였다.In order to evaluate the hydrogen absorption performance in pure hydrogen and mixed gas environments, the hydrogen performance evaluation in the pure hydrogen environment was conducted, and then measurements were also conducted in the mixed gas environment where the ratio of hydrogen and carbon dioxide was 9:1. The measurements were conducted using a Sievert type volume-based gas storage capacity measuring device, and the detailed method is as follows. First, 80 mg of a powdered hydrogen storage complex is placed in a cylindrical stainless steel cell with a volume of 2 ml, and then connected to a high pressure volumetric analyzer (HPVA, Micromeritics) device. At this time, the sample cell part can be placed in a furnace connected to the device to control the temperature. After connection, vacuum and helium (He) gas purge are repeated to remove impure gases in the gas line inside the device. After that, helium gas is filled in the line and cell, and the absence of gas leakage at each connecting part is checked through the pressure change in the line and cell. After that, volume calibration is performed to measure the apparent volume in the cell at the measurement temperature. For the evaluation of hydrogen absorption performance, gas was injected so that the pressure applied to the sample at the start of the measurement was 15 bar at a temperature condition of 200 °C for pure hydrogen, and the mixed gas (H 2 : CO 2 = 9 : 1) was injected so that the partial pressure of pure hydrogen was 15 bar. After that, the sample was exposed for at least 6 hours in a closed system, and the hydrogen absorption amount was calculated based on the change in gas pressure inside the cell. Thereafter, the hydrogen release was performed by heating the cell to 300 °C and exposing the sample to an environment of 0.02 bar for 12 hours, and the release amount was calculated by measuring the change in pressure as in the absorption process. The hydrogen storage capacity was measured by calculating the moles (mol) of hydrogen absorbed by substituting the pressure change during the measurement, the volume of the cell and reservoir, and the measurement temperature values into the ideal gas state equation.

순수 수소 환경 대비 저순도 수소 환경 하 수소 저장 용량 보존율의 계산은 (혼합 가스 환경 수소 저장 시작 후 6시간 경과 수소 저장 용량)/(순수 수소 환경 수소 저장 시작 후 6시간 경과 수소 저장 용량)*100(%) 로 계산하였다. 순수 수소 환경 측정 이후 첫 번째 혼합 가스 환경 하 측정 시의 결과를 비교하여 '순수 수소 환경 대비 저순도 수소 환경 하 수소 저장 용량 보존율(%) (첫 번째 단계)' 값을 얻었다. 이후 탈수소화를 진행한 다음 혼합 가스 환경에서의 저장 성능 재측정 시의 결과 각각에 대한 계산을 위와 같이 진행하였으며, '순수 수소 환경 대비 저순도 수소 환경 하 수소 저장 용량 보존율(%) (두 번째 단계)'의 값을 얻었다. 이를 혼합 가스 환경 하 수소 저장 성능 보존에 대한 척도로 사용하였다.The hydrogen storage capacity preservation rate in a low-purity hydrogen environment compared to a pure hydrogen environment was calculated as (hydrogen storage capacity after 6 hours from the start of hydrogen storage in a mixed gas environment)/(hydrogen storage capacity after 6 hours from the start of hydrogen storage in a pure hydrogen environment)*100(%). The results of the first mixed gas environment measurement after the pure hydrogen environment measurement were compared to obtain the 'Hydrogen storage capacity preservation rate (%) in a low-purity hydrogen environment compared to a pure hydrogen environment (first stage)' value. After dehydrogenation was performed, each result of the re-measurement of storage performance in a mixed gas environment was calculated as above to obtain the 'Hydrogen storage capacity preservation rate (%) in a low-purity hydrogen environment compared to a pure hydrogen environment (second stage)' value. This was used as a measure of hydrogen storage performance preservation in a mixed gas environment.

[실시예 1] [Example 1]

1. 수소저장복합체 제조1. Manufacturing of hydrogen storage complex

리튬 나프탈레나이드 (Lithium naphthalenide) 환원제는 THF 57.6 ml에 나프탈렌 (Naphthalene) 1.152g (8.99 mmol), 금속 형태의 리튬 포일 (Li foil) 0.0864g (12.4 mmol)을 첨가한 후 2 시간 300 rpm으로 교반하여 준비한다. 다이사이클로펜타다이에닐 마그네슘 (Dicyclopentadienyl Magnesium, Mg(Cp)2) 을 테트라하이드로퓨란(THF)에 0.664M (0.924g (5.98 mmol) of MgCp2/9ml of THF)로 30분 300rpm으로 교반 및 용해시켜 마그네슘(Mg) 전구체 용액을 준비하고, single layer 산화 그래핀(Graphene oxide; GO) 분말을 THF 용매에 36.3 mg GO/36.3ml THF의 농도로 1시간 30분간 초음파 분산시켜 산화 그래핀 분산액을 제조하였다. 마그네슘 전구체 용액 및 산화 그래핀 분산액을 30분간 300 rpm으로 교반하여 상기 산화 그래핀 층의 산소 작용기와 마그네슘 이온 사이의 정전기적 상호작용(Electrostatic interaction)을 형성시킨 다음, 준비된 리튬 나프탈레나이드 용액에 산화 그래핀-마그네슘(GO-Mg) 전구체 용액을 투여하여 공환원 시켰다. 수득 물질을 THF 용매로 3회 이상 세척 및 원심 분리함으로써 불순물 혹은 미반응물을 제거하였고, 이후 진공 환경에서의 건조 과정을 거쳐 수소저장복합체(rGO/Mg)를 제조하였다.Lithium naphthalenide reducing agent was prepared by adding 1.152 g (8.99 mmol) of naphthalene and 0.0864 g (12.4 mmol) of lithium foil in metallic form to 57.6 ml of THF and stirring at 300 rpm for 2 hours. Dicyclopentadienyl magnesium (Mg(Cp) 2 ) was dissolved in tetrahydrofuran (THF) at a concentration of 0.664 M (0.924 g (5.98 mmol) of MgCp2 / 9 ml of THF) with stirring at 300 rpm for 30 minutes to prepare a magnesium (Mg) precursor solution, and single layer graphene oxide (GO) powder was ultrasonically dispersed in THF solvent at a concentration of 36.3 mg GO/36.3 ml THF for 1 hour and 30 minutes to prepare a graphene oxide dispersion. The magnesium precursor solution and the graphene oxide dispersion were stirred at 300 rpm for 30 minutes to form an electrostatic interaction between the oxygen functional groups of the graphene oxide layer and the magnesium ions, and then the graphene oxide-magnesium (GO-Mg) precursor solution was added to the prepared lithium naphthalenide solution to perform co-reduction. The obtained material was washed three or more times with a THF solvent and centrifuged to remove impurities or unreacted substances, and then dried in a vacuum environment to produce a hydrogen storage composite (rGO/Mg).

2. 수소저장입자 코팅 층 형성2. Formation of hydrogen storage particle coating layer

상기 제조된 수소저장복합체를 THF에 2.23 mM의 Pd(OAc)2이 용해된 팔라듐 전구체 용액에 투여한 후, 500 rpm, 30분 동안 충분히 교반하였다. 이때, 상기 팔라듐 전구체 용액의 농도는 상기 수소저장복합체 : Pd(OAc)2 의 질량 비율이 2 : 1을 만족하는 농도의 전구체 용액을 사용하였으며, THF 용매의 부피는 수소저장복합체 1 mg 당 1 ml의 비율로 사용하였다. 구체적으로, 70 mg의 수소저장복합체(rGO20/Mg) 분말과 35 mg의 Pd(OAc)2 분말을 70 ml의 THF 용매에 용해하였다. 이후 수득 물질을 THF로 3회 이상 세척 및 원심분리 하여 불순물 혹은 미반응물을 제거한 뒤 건조 과정을 거쳐 환원된 산화 그래핀을 20 wt% 포함한 rGO/Mg 복합체 내 마그네슘 입자 표면에 팔라듐(Pd) 코팅 층이 형성된 수소저장복합체를 제조하였다.After the above-mentioned manufactured hydrogen storage composite was added to a palladium precursor solution containing 2.23 mM Pd(OAc) 2 dissolved in THF, the mixture was sufficiently stirred at 500 rpm for 30 minutes. At this time, the concentration of the palladium precursor solution was such that the mass ratio of the hydrogen storage composite: Pd(OAc) 2 was 2:1, and the volume of the THF solvent was 1 ml per 1 mg of the hydrogen storage composite. Specifically, 70 mg of hydrogen storage composite (rGO20/Mg) powder and 35 mg of Pd(OAc) 2 powder were dissolved in 70 ml of THF solvent. Afterwards, the obtained material was washed and centrifuged three or more times with THF to remove impurities or unreacted substances, and then dried to manufacture a hydrogen storage composite in which a palladium (Pd) coating layer was formed on the surface of magnesium particles in an rGO/Mg composite containing 20 wt% of reduced graphene oxide.

[실시예 2][Example 2]

상기 실시예 1에서 산화그래핀을 THF 용매에 16.3mg GO/16.3ml THF로 분산시킨 것을 제외하고 동일하게 제조하였다. 환원된 산화 그래핀 10 wt%를 포함한 rGO/Mg 복합체 내 마그네슘 입자 표면에 팔라듐 코팅 층이 형성된 수소저장복합체를 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was followed, except that graphene oxide was dispersed in a THF solvent of 16.3 mg GO/16.3 ml THF. A hydrogen storage composite was prepared in which a palladium coating layer was formed on the surface of the magnesium particles in the rGO/Mg composite containing 10 wt% of reduced graphene oxide.

[실시예 3][Example 3]

상기 실시예 1에서 산화그래핀을 THF 용매에 2.5mg GO/5ml THF로 분산시킨 것과 리튬 나프탈레나이드 용액의 농도는 바꾸지 않고 용량을 5/6로 줄여 사용한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다. 환원된 산화 그래핀 2 wt%를 포함한 rGO/Mg 복합체 내 마그네슘 입자 표면에 팔라듐 코팅 층이 형성된 수소저장복합체를 제조하였다.The same procedure as in Example 1 was followed, except that graphene oxide was dispersed in a THF solvent at 2.5 mg GO/5 ml THF, the concentration of the lithium naphthalenide solution was not changed, and the capacity was reduced to 5/6. A hydrogen storage composite was prepared in which a palladium coating layer was formed on the surface of the magnesium particles in the rGO/Mg composite including 2 wt% of reduced graphene oxide.

[실시예 4][Example 4]

상기 실시예 1에서 코팅 층 형성단계를 수행하지 않은 것을 제외하고 동일하게 수소저장복합체를 제조하였다. 환원된 산화 그래핀 20 wt%를 포함한 rGO/Mg 복합체 내 마그네슘 입자 표면에 팔라듐 코팅 층이 형성되지 않은 수소저장복합체를 제조하였다.A hydrogen storage composite was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the coating layer formation step was not performed. A hydrogen storage composite was manufactured in which a palladium coating layer was not formed on the surface of the magnesium particles in the rGO/Mg composite including 20 wt% of reduced graphene oxide.

[실시예 5][Example 5]

상기 실시예 1에서, 코팅 층 형성단계를 수행하지 않았으며, 산화 그래핀을 THF 용매에 16.3mg GO/ 16.3ml THF로 분산시킨 것을 제외하고 동일하게 제조하였다. 환원된 산화 그래핀 10 wt%를 포함한 rGO/Mg 나노 복합체 내 마그네슘 입자 표면에 팔라듐 코팅 층이 형성되지 않은 수소저장복합체를 제조하였다.In the above Example 1, the coating layer formation step was not performed, and the graphene oxide was dispersed in a THF solvent of 16.3 mg GO/16.3 ml THF, and the same procedure was followed, except that the graphene oxide was dispersed in a THF solvent at a concentration of 16.3 mg GO/16.3 ml THF. A hydrogen storage composite was prepared in which a palladium coating layer was not formed on the surface of the magnesium particles in the rGO/Mg nanocomposite including 10 wt% of reduced graphene oxide.

[실시예 6][Example 6]

상기 실시예 1에서, 코팅 층 형성단계를 수행하지 않았으며, 산화 그래핀을 THF 용매에 2.5mg GO/ 5ml THF로) 분산시킨 것과 리튬 나프탈레나이드 용액의 농도는 바꾸지 않고 용량을 5/6로 줄여 사용한 것을 제외하고 동일하게 제조하였다. 환원된 산화 그래핀 2 wt%를 포함한 rGO/Mg 복합체 내 마그네슘 입자 표면에 팔라듐 코팅 층이 형성되지 않은 수소저장복합체를 제조하였다.In the above Example 1, the coating layer formation step was not performed, and the graphene oxide was dispersed in a THF solvent (2.5 mg GO/5 ml THF), and the concentration of the lithium naphthalenide solution was not changed, but the capacity was reduced to 5/6, and the same procedure was followed, except that the hydrogen storage composite was produced in which a palladium coating layer was not formed on the surface of the magnesium particles in the rGO/Mg composite including 2 wt% of reduced graphene oxide.

[실시예 7] [Example 7]

금속 질화물 코팅 층이 형성된 수소저장복합체의 제작Fabrication of hydrogen storage composite with metal nitride coating layer formed

타이타늄을 포함하는 AB 계 수소저장합금인 TiFe0.8Cr0.2를 상온 수소 40 bar 환경에서 수소 흡수/150도 0 bar 환경에서 수소 방출을 한 사이클로 하여 총 다섯 사이클을 반복하여 합금 입자를 분말화한다. 상기 방법으로 분말화된 합금형태의 수소저장입자는 평균 20 μm의 직경을 가진다. 해당 합금 분말을 0.1 bar의 질소 압력을 가지는 쿼츠 튜브(Quartz tube)에 넣고 650 ℃ 가열된 가열로에 넣어 30분 간 가열한 후 질소를 제거하고 진공 분위기에서 상온까지 냉각하여 표면이 질화타이타늄으로 코팅된 TiFe0.8Cr0.2 수소저장복합체를 제조하였다. 이 때, 가열 시 질소의 압력을 0.1~1 bar 온도를 650~800 ℃, 가열 시간을 1~3시간 사이에서 조절하여 다양한 두께의 질화타이타늄 층을 생성할 수 있다.TiFe 0.8 Cr 0.2 , an AB hydrogen storage alloy containing titanium, is powdered into alloy particles by repeating five cycles of hydrogen absorption in a room temperature and hydrogen 40 bar environment and hydrogen release in a 150 degree and 0 bar environment as one cycle. The hydrogen storage particles in the form of an alloy powdered by the above method have an average diameter of 20 μm. The alloy powder is put into a quartz tube with a nitrogen pressure of 0.1 bar, placed in a heating furnace heated to 650 °C, heated for 30 minutes, and then the nitrogen is removed and cooled to room temperature in a vacuum atmosphere to produce a TiFe 0.8 Cr 0.2 hydrogen storage composite having a surface coated with titanium nitride. At this time, by controlling the nitrogen pressure during heating between 0.1 and 1 bar, the temperature between 650 and 800 °C, and the heating time between 1 and 3 hours, it is possible to produce titanium nitride layers of various thicknesses.

하기 표 1은 상기 실시예 1 내지 7의 물성을 측정한 값을 나타낸 것이다.Table 1 below shows the measured values of the physical properties of Examples 1 to 7.

평균 직경Average diameter 순수 수소 환경 대비 저순도 수소 환경 하
수소 저장 용량 보존율(%)
(첫 번째 단계)
Low purity hydrogen environment compared to pure hydrogen environment
Hydrogen storage capacity preservation rate (%)
(First step)
순수 수소 환경 대비 저순도 수소 환경 하 수소 저장 용량 보존율(%)
(두 번째 단계)
Hydrogen storage capacity preservation rate (%) in low-purity hydrogen environment compared to pure hydrogen environment
(Second step)
실시예 1Example 1 5 nm5 nm 98.0%98.0% 39.9%39.9% 실시예 2Example 2 5 nm5 nm 90.4%90.4% 37.4%37.4% 실시예 3Example 3 5 nm5 nm 80.6%80.6% 25.9%25.9% 실시예 4Example 4 5 nm5 nm 75.1%75.1% 20.2%20.2% 실시예 5Example 5 5 nm5 nm 76.3%76.3% 5.21%5.21% 실시예 6Example 6 5 nm5 nm 23.0%23.0% 1.11%1.11% 실시예 7Example 7 20 μm20 μm 94.4%94.4% 77.3%77.3%

도 2는 실시예1 내지 6을 투과 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 것으로, 환원된 산화 그래핀 층에 수소저장입자인 마그네슘 결정이 3 내지 5 nm로 형성되었음을 확인하였다. 또한 실시예 1 내지 3의 TEM 관측 결과, 실시예 4 내지 6의 수소저장복합체 결정에 비해 더욱 어두운 입자들이 형성되어 있는 것을 확인하였는데, 이는 마그네슘 대비 전자 밀도가 더 큰 팔라듐의 코팅 층이 형성되어 나타난 현상일 수 있다.Figure 2 shows the results of observing Examples 1 to 6 using a transmission electron microscope (TEM), and it was confirmed that magnesium crystals, which are hydrogen storage particles, were formed with a size of 3 to 5 nm on the reduced graphene oxide layer. In addition, the TEM observation results of Examples 1 to 3 showed that darker particles were formed compared to the hydrogen storage complex crystals of Examples 4 to 6. This may be a phenomenon caused by the formation of a coating layer of palladium, which has a higher electron density than magnesium.

도 3 내지 5에서 보면, 실시예 1 내지 3의 수소저장복합체가 저순도 수소 환경에 노출되었음에도 불구하고 수소 저장이 지속적으로 이루어지는 것을 확인하였다. 이는 수소저장입자에 팔라듐 코팅 층을 형성함으로써 수소화 및 탈수소화 채널을 형성시킴과 동시에 수소저장입자의 산화 저항성을 향상시킨 것일 수 있다. 따라서, 상기 팔라듐 코팅 층은 수소에 대한 선택적 투과막 역할 또한 수행하는 것일 수 있다.As seen in FIGS. 3 to 5, it was confirmed that hydrogen storage was continuously performed even when the hydrogen storage composites of Examples 1 to 3 were exposed to a low-purity hydrogen environment. This may be because hydrogenation and dehydrogenation channels were formed by forming a palladium coating layer on the hydrogen storage particles, while at the same time improving the oxidation resistance of the hydrogen storage particles. Accordingly, the palladium coating layer may also function as a selective permeable membrane for hydrogen.

도 6 내지 8에서 보면, 수소저장복합체 내에 포함된 환원된 산화 그래핀(rGO) 함량이 증가함에 따라 수소저장복합체의 성능 보존 정도가 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 이는 적층된 rGO의 구조가 이산화탄소와 같은 불순 기체의 확산 거리를 연장함과 동시에 수소 투과 선택도를 더욱 향상시킴으로써 수소저장입자의 산화를 지연하고 지속적인 수소 저장을 가능하게 한 것일 수 있다.As seen in FIGS. 6 to 8, it was confirmed that the degree of performance preservation of the hydrogen storage composite further increased as the content of reduced graphene oxide (rGO) included in the hydrogen storage composite increased. This may be because the structure of the layered rGO extends the diffusion distance of impure gases such as carbon dioxide and further improves hydrogen permeation selectivity, thereby delaying the oxidation of the hydrogen storage particles and enabling continuous hydrogen storage.

도 9는 실시예 7의 수소저장복합체의 주사전자현미경(SEM) 이미지로 가열 이후 입자 표면에 고르게 질화타이타늄 층(어두운 부분)이 형성된 것을 확인하였다.Figure 9 is a scanning electron microscope (SEM) image of the hydrogen storage composite of Example 7, confirming that a titanium nitride layer (dark portion) was evenly formed on the particle surface after heating.

도 10을 보면, 실시예 7의 수소저장복합체가 저순도 수소 환경에 노출되었음에도 불구하고, 80%가량의 저장 용량이 지속적으로 유지하는 것을 확인하였다. 이는 표면에 균일하게 코팅된 질화타이타늄 층이 선택적으로 수소만을 투과시켜 나타난 현상일 수 있다.As shown in Fig. 10, it was confirmed that the hydrogen storage composite of Example 7 continuously maintained about 80% of the storage capacity even when exposed to a low-purity hydrogen environment. This may be a phenomenon that occurred because the titanium nitride layer uniformly coated on the surface selectively allowed only hydrogen to pass through.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described through specific matters and limited examples as described above, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below as well as the claims are included in the scope of the idea of the present invention.

Claims (16)

금속수소화물로 이루어진 단분자입자 또는 단분자입자의 응집입자인 수소저장입자; 및
상기 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 형성되어, 선택적으로 수소 투과를 가능하게 하고 수소저장입자의 산화를 방지하는 수소 투과 및 산화방지 막;을 포함하는 수소저장복합체.
Hydrogen storage particles which are single molecular particles or aggregates of single molecular particles made of metal hydride; and
A hydrogen storage composite comprising a hydrogen permeable and oxidation-preventing film formed on part or all of the surface of the hydrogen storage particle to selectively allow hydrogen permeation and prevent oxidation of the hydrogen storage particle.
제 1항에 있어서,
상기 수소 투과 및 산화방지 막은 산화그래핀(Graphene oxide; GO), 환원된 산화그래핀(Reduced graphene oxide; rGO)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그래핀 유도체; 흑연질화탄소(Graphitic carbon nitride); 금속산화물, 금속질화물 및 순수금속으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물;에서 선택되는 것인 수소저장복합체.
In paragraph 1,
A hydrogen storage composite, wherein the above hydrogen permeation and oxidation prevention film is selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), a graphene derivative including one or a mixture thereof; graphitic carbon nitride; and one or two or more metal compounds selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and pure metals.
제 1항에 있어서,
상기 수소투과 및 산화방지 막은 상기 수소저장복합체 내에 2 내지 50 wt%로 포함된 것인 수소저장복합체.
In paragraph 1,
A hydrogen storage complex wherein the hydrogen permeation and oxidation prevention film is included in the hydrogen storage complex at 2 to 50 wt%.
제 1항에 있어서,
상기 금속수소화물은 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물인 것인 수소저장복합체.
In paragraph 1,
A hydrogen storage complex wherein the metal hydride is one or more metal compounds selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals.
제 1항에 있어서,
상기 수소저장입자는 평균 직경이 2 nm 내지 50 μm 인 것인 수소저장복합체.
In paragraph 1,
A hydrogen storage composite wherein the above hydrogen storage particles have an average diameter of 2 nm to 50 μm.
제 1항에 있어서,
상기 수소저장복합체는 저순도 수소환경 하에서 수소 흡수 시 용량 보존율이 23% 이상인 것인 수소저장복합체.
In paragraph 1,
The above hydrogen storage complex is a hydrogen storage complex having a capacity retention rate of 23% or more when absorbing hydrogen in a low-purity hydrogen environment.
제 6항에 있어서,
상기 저순도 수소환경은 혼합기체에서 수소의 조성이 90% 이상인 것인 수소저장복합체.
In paragraph 6,
The above low-purity hydrogen environment is a hydrogen storage complex in which the composition of hydrogen in the mixed gas is 90% or more.
제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항의 수소저장복합체를 포함하는 수소저장복합체 조성물.A hydrogen storage complex composition comprising a hydrogen storage complex selected from any one of claims 1 to 7. 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항의 수소저장복합체에 수소를 저장하는 것을 특징으로 하는 수소저장방법.A hydrogen storage method characterized by storing hydrogen in a hydrogen storage complex selected from any one of claims 1 to 7. 수소저장입자의 전구체 물질을 포함하는 금속수소화물 전구체 용액으로부터 수소저장입자를 제조하는 단계; 및
상기 수소저장입자를 수소 투과 및 산화방지 막 용액과 혼합하여 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수소저장복합체 제조방법.
A step of manufacturing a hydrogen storage particle from a metal hydride precursor solution containing a precursor material of the hydrogen storage particle; and
A method for manufacturing a hydrogen storage complex, comprising: a step of mixing the hydrogen storage particles with a hydrogen permeability and oxidation prevention film solution to form a hydrogen permeability and oxidation prevention film on part or all of the surface of the hydrogen storage particles.
제 10항에 있어서,
상기 금속수소화물 전구체 용액은 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속화합물을 포함하는 금속수소화물 또는 유기 금속 화합물이 용매에 용해된 것인 수소저장복합체 제조방법.
In Article 10,
A method for manufacturing a hydrogen storage complex, wherein the metal hydride precursor solution is a metal hydride or organometallic compound containing one or more metal compounds selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals, dissolved in a solvent.
제 10항에 있어서,
상기 수소 투과 및 산화방지 막 용액은 산화그래핀(Graphene oxide; GO), 환원된 산화그래핀(Reduced graphene oxide; rGO)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 그래핀 유도체, 흑연질화탄소(Graphitic carbon nitride), 및 금속 전구체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 용매에 혼합된 것인 수소저장복합체 제조방법.
In Article 10,
A method for manufacturing a hydrogen storage composite, wherein the above hydrogen permeation and oxidation prevention membrane solution is a mixture of one or more of a graphene derivative selected from the group consisting of graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), or a mixture thereof, graphitic carbon nitride, and a metal precursor, mixed in a solvent.
제 10항에 있어서,
상기 금속수소화물 전구체 용액과 수소 투과 및 산화방지 막 용액을 교반 후에 환원제를 투입하여 공환원하는 단계를 더 포함하는 것인 수소저장복합체 제조방법.
In Article 10,
A method for manufacturing a hydrogen storage complex, further comprising a step of adding a reducing agent to cause co-reduction after stirring the metal hydride precursor solution and the hydrogen permeability and oxidation prevention membrane solution.
분말화된 합금형태의 수소저장입자를 제조하는 단계; 및
상기 수소저장입자를 산소 또는 질소 분위기에서 가열하여 수소저장입자 표면의 일부 또는 전부에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 단계;를 포함하는 수소저장복합체 제조방법.
A step for manufacturing hydrogen storage particles in the form of a powdered alloy; and
A method for manufacturing a hydrogen storage complex, comprising: a step of heating the hydrogen storage particles in an oxygen or nitrogen atmosphere to form a hydrogen permeation and oxidation prevention film on part or all of the surface of the hydrogen storage particles.
제 14항에 있어서,
상기 합금형태는 AB5, AB2, AB, A2B, A 구조의 합금이며, 상기 A는 수소화물을 형성할 수 있는 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr)에서 선택되는 어느 하나인 것이며, 금속 B는 전이금속인 것인 수소저장복합체 제조방법.
In Article 14,
A method for manufacturing a hydrogen storage complex, wherein the above alloy form is an alloy having a structure of AB 5 , AB 2 , AB, A 2 B, A, wherein A is one selected from magnesium (Mg), calcium (Ca), titanium (Ti), and zirconium (Zr) capable of forming a hydride, and metal B is a transition metal.
제 14항에 있어서,
상기 수소저장복합체 제조방법은 금속산화물 또는 금속질화물로 수소저장입자에 수소 투과 및 산화방지 막을 형성시키는 것인 수소저장복합체 제조방법.
In Article 14,
The above method for manufacturing a hydrogen storage composite is a method for manufacturing a hydrogen storage composite, which forms a hydrogen permeation and oxidation prevention film on a hydrogen storage particle using a metal oxide or a metal nitride.
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