미래 에너지원인 수소를 더 효율적으로 저장할 수 있게 됐다. 수소 고밀도로 저장 가능해 수소 에너지 사용의 효율과 경제성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈) 화학과 오현철 교수는 보통의 대기압에서도 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 나노다공성 수소화붕소마그네슘 구조(Mg(BH4)2)를 보고했다. 수소를 저장하거나 운송하는데 문제가 되는 낮은 수소저장용량을 고밀도 흡착기술로 개선해 ‘대용량 수소저장’이 가능하다.
오현철 교수는 “개발된 소재는 기존의 수소 저장 방법과 달리 많은 양의 수소를 안전하고 효율적으로 저장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다”고 설명했다.
미래 연료로 주목받고 있는 수소는 분자 간의 상호작용이 매우 약해 실제 사용을 위한 대용량 저장은 어려운 상황이다. 같은 부피에 압력을 700기압까지 크게 높여주거나 온도를 –253도까지 낮춰 대용량 저장이 가능하나 효율이 충분하진 않았다.
연구팀은 이미 수소를 함유한 고체 수소화붕소((BH4)2)와 금속 양이온 마그네슘(Mg+)으로 나노다공성 복합 수소화물인 수소화붕소마그네슘을 만들었다. 개발된 소재 안에 저장된 수소는 5개의 수소 분자가 입체적으로 정렬된 형태로 저장되고 있음을 확인했다. 수소를 고밀도로 저장할 수 있는 것이다.
그림1. 마그네슙 보론하이드라이드 구조 및 고밀도 수소흡착 상태
보고된 소재는 기공의 부피당 144g/L의 수소를 저장할 수 있다. 기체의 수소 분자를 액체 상태로 저장하는 방식(밀도 70.8g/L)보다 2배 이상 높다. 수소 분자가 단단한 고체 상태(밀도 86g/L)보다 높은 밀도로 존재하는 것이다.
또한 연구팀은 많은 양의 수소가 기공 안에 어떻게 존재할 수 있는지에 대해 다양한 분석기법(중성자 산란법, 극저온 부피측정법, DFT계산 등)을 활용해 정확한 분자 위치 등을 밝혔다.
오현철 교수는 “수소 연료를 이용한 대중교통 수단의 활용에 있어 중요한 도전 과제인 수소저장 문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시했다”며 “현재 기술로는 달성하기 어려운 용적 기준의 저장 밀도를 향상시켰고, 수소 에너지 사용의 효율성과 경제성을 높일 수 있는 중요한 발전이다”며 그 의의를 전했다.
이번 연구 결과는 화학 분야 세계적 권위의 국제학술지인 네이처 화학(Nature Chemistry)에 2월 6일 온라인 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업을 통해 수행됐다.
