Considering energy shortage and climate change, the demand for hydrogen as a new energy carrier has increased. The key challenge in the hydrogen energy system is safe and efficient hydrogen storage methods. Complex hydride such as $NaAlH_4$ is a fascinating candidate due to its high storage capacity. However, thermodynamic and kinetic barriers of complex hydride induce high-temperature conditions with low reversibility. To deal with such issues, the size of complex hydrides is reduced by confinement, or hetero-elements are doped to complex hydride, expecting enhanced storage properties through a shortened diffusion path, thermodynamically altered pathway, and catalytic effects. In our system, to optimize hydrogen sorption kinetics and thermodynamics, $NaAlH_4$ is nanoconfined into the nitrogen-doped porous carbon structure. The synergistic effects of nanosized $NaAlH_4$ and charge transfer from nitrogen provide the lowest activation energy for the dehydrogenation of $NaAlH_4$ composite. This strategy can be accommodated into other hydride-scaffold systems for overcoming practical barriers.
에너지 자원의 부족과 기후 변화 문제로, 에너지 매개체로써 수소에 대한 수요가 급증하고 있다. 이러한 수소 에너지 시스템의 주요 쟁점은 안전하고 효율적으로 수소를 저장하는 방법에 있다. 그 중, 수소화알루미늄 나트륨과 같은 금속 수소화물은 높은 저장 용량을 기반으로 수소 저장 방법의 중요한 물질이다. 그러나, 금속 수소화물이 갖는 동역학 및 열역학적 장벽은 높은 구동 온도와 불안정한 가역성을 유발한다. 이를 해결하기 위해, 금속 수소화물의 구조화를 통해 크기를 줄이거나 도핑 물질을 추가하여 짧은 확산거리, 열역학적 경로 변화, 그리고 촉매 효과를 바탕으로 개선된 저장 성능을 기대할 수 있다. 본 시스템에서는 수소화알루미늄 나트륨의 수소 탈착 성능을 개선하기 위해 질소 도핑된 다공성 탄소에 수소화알루미늄 나트륨의 나노 구조화를 진행하였다. 수소화알루미늄 나트륨 복합체는 나노 구조화와 도핑된 질소가 제공하는 전하의 복합적인 효과로 매우 낮은 수소 탈착 활성화에너지 값을 보였다. 이와 같은 복합적 효과를 활용한 방법은 다양한 금속 수소화물-구조체 시스템에 적용하여 실용화의 한계를 해결할 것으로 기대된다.
