Solid-state hydrogen storage with higher volumetric energy density than liquid or gaseous hydrogen storage can be the solution for effective hydrogen energy utilization. Especially, Mg is a strong candidate with high hydrogen capacity of 7.6 wt.% and abundance on Earth, but it still needs further improvements because of its sluggish kinetics and high desorption temperature. In this study, Mg with porous structure is synthesized using reduction-induced decomposition. Porous structure may improve the kinetics with reduced hydrogen diffusion length and high surface area and alleviate the volume expansion in the hydrogen storage process. The synthesis method used in this study is a facile and scalable solution-based method, which is more efficient than the conventional dealloying method to synthesize porous metal. The obtained product shows well-crystallized pure Mg porous structure and its hydrogen uptake/release capacity increases up to about 6 wt.% as hydrogen cycle proceeds. Hydrogen storage through porous Mg structures could be a potential application in the future, which will advance the hydrogen energy industry.
액체 또는 기체 수소 저장보다 체적 에너지 밀도가 더 높은 고체 수소 저장은 효과적인 수소 에너지 활용을 위한 해결책이다. 특히, Mg는 7.6 wt.%의 높은 수소 용량을 가지며 지구상에 풍부하게 존재하는 물질이지만 느린 수소 흡/탈착 속도와 높은 탈착 온도로 인해 개선이 필요하다. 본 연구에서는 환원 유도 분해 방법을 이용하여 다공성 구조를 갖는 Mg를 합성하였다. 다공성 구조는 줄어든 수소 확산 길이와 높은 표면적으로 수소 흡/탈착 반응 동역학을 개선하고 수소 흡/탈착 과정에서 부피 팽창 및 수축으로 인한 구조 붕괴를 완화할 수 있다. 본 연구에서 사용된 합성 방법은 간편하며 대량 생산 가능한 용액 기반 방법이다. 또한, 강한 산이나 염기와 같은 부식성 용액을 활용하는 기존의 탈합금 방법과 비교하여 유기용매로 반응을 진행한다는 장점이 있다. 반응 생성물은 잘 결정화된 순수한 Mg 다공성 구조를 나타내며 수소 흡/탈착이 진행됨에 따라 수소 흡수/방출 용량이 약 6 wt.%까지 증가한다. 다공성 Mg 구조를 통한 수소 저장은 수소 에너지 산업을 발전시킬 미래의 잠재적 응용 분야가 될 수 있다.
