고체 흡장물질을 이용한 수소 저장 장치

배경 기술

수소연료전지차(FCEV) 등 친환경 자동차 보급 확대를 위해서는 수소를 안전하고 효율적으로 저장하는 기술이 핵심입니다. 기존 고압 수소탱크(700bar 수준)는 안전 설계에 따른 시스템 무게·부피 증가 문제가 있어, 고체화합물에 수소를 흡착(흡장)시켜 저장하는 방식이 대안으로 연구되고 있습니다. 그러나 고체 흡장물질에 수소가 흡장되는 과정에서 반응열이 발생하여 흡장 반응속도가 저하되는 문제가 있었고, 기존 내연기관 연료 주입 시간(3~5분) 수준을 확보하기 위해서는 반응열을 효과적으로 관리할 수 있는 장치가 필요했습니다.

해결 과제

본 발명은 수소 흡장 효율이 증대된 바(bar) 형태의 고체 흡장물질을 활용하면서, 냉매가 유동하는 유로부의 열교환 면적을 극대화하여 반응열 관리가 용이한 수소 저장 장치를 제공하고자 합니다.

구성

• 케이스부: 수소가 유입되는 원통형 용기로, 상단에 유입부가 결합됨
• 유로부: 케이스부 내부에 위치하며 냉매가 순환하는 지그재그 형상의 통로
  • 제1 유로부(X축·Z축 방향)와 제2 유로부(Y축·Z축 방향)가 서로 직교하도록 교차 배치되어, 한 유로부의 절곡 공간에 다른 유로부가 삽입되는 구조로 열교환 면적은 극대화하면서 케이스부 내 차지 면적은 최소화
• 흡장부: 유로부 외면(중심을 관통)에 결합되는 하우징부로 구성되며, 하우징부에는 바(bar) 형상의 고체 흡장물질(예: LaNi6H6, Mg2FeH6 등)이 수용됨
  • 하우징부 외면에는 길이 방향으로 연장되고 중심 방향으로 함몰된 그루브부가 형성되어 바 형상의 고체 흡장물질을 끼워 넣는 방식으로 수용
  • 하우징부는 제1/제2 하우징부로 분리·결합 가능하게 설계되어 유로부의 원하는 위치에 손쉽게 탈부착 가능
  • 그루브부는 하우징부 둘레를 따라 복수 개 형성 가능하여 저장 용량 조절 가능

효과

• 바 형태의 압축 고체 흡장물질을 사용하여 분말 형태 대비 밀도를 높여 수소 저장 용량을 극대화
• 지그재그 교차 유로 구조로 냉매와의 접촉 면적(열교환 면적)을 극대화하여 흡장 시 발생하는 반응열을 신속히 제거
• 반응열 관리가 용이해져 수소 흡장 반응속도가 상승, 연료 주입시간 단축 가능
• 하우징부 분리/결합 구조로 설계 자유도 및 유지보수 효율 향상
• 흡장물질과 수소의 접촉 면적 최대화로 저장 효율 증대 및 흡장물질 이탈 방지