수소 저장 기술이란 무엇입니까? (I) - 물리적 기반 저장(가스 또는 액체)

수소 저장 기술이란 무엇입니까? (I) - 물리적 기반 저장(가스 또는 액체)

산업계와 학계에서 사용하는 수소 저장 방법은 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
물리학 기반 저장(기체 또는 액체)
물질 기반 저장(저장 물질과 상호작용하는 수소)

물리 기반 저장에서는 두 가지 주요 저장 방법이 일반적으로 사용됩니다. 그들은 기체 및 액체 수소 저장 장치입니다.

1.1 기체수소 저장

기체 저장에는 수소를 가압하여 특정 용기에 기체 형태로 저장하는 작업이 포함됩니다. 기체저장은 압력에 따라 저압저장과 고압저장으로 구분되며, 수소는 수밀탱크를 이용하여 천연가스처럼 저압으로 저장할 수 있습니다. 이 방법은 대규모 가스 저장에 적합합니다. 수소의 밀도가 낮기 때문에 용도가 적습니다. 기체 고압 저장은 일반적이고 직접적인 저장 방법입니다. 고압 밸브의 조정을 통해 수소를 직접 방출할 수 있습니다. 공칭 고압 기체 수소 저장은 널리 사용되는 간단하고 쉬운 수소 저장 방법입니다. 충전 및 해제 속도가 빠르고 공칭 온도에서 수행할 수 있습니다. 그러나 무거운 내압 용기가 필요하고, 수소 압축 작업량이 많이 소모되며, 수소가 쉽게 누출되고 용기가 폭발하는 등 안전하지 못한 요인이 있다는 점 등이 단점이다.

가스 저장은 가스 탱크에 대한 수요가 높습니다. 현재 차량에는 Type IV 탄소섬유로 구성된 수소저장탱크(350bar, 700bar)가 널리 사용되고 있다. 이러한 높은 압력을 견디기 위해서는 탱크의 재질이 매우 강해야 하며, 수소를 이러한 높은 압력으로 압축하려면 복잡한 압축 작업이 필요하므로 비용이 매우 많이 듭니다.

이 압축가스 저장 방식은 도로로 운송되는 차량뿐만 아니라 수소 분배 및 고정식 발전을 위한 주유소의 고정식 응용 분야에도 사용됩니다..

1.2 액체수소 저장

특정 저온에서 수소는 액체 형태로 존재합니다. 따라서 극저온 액체 수소 저장 기술, 즉 극저온 액체 수소 저장 기술을 사용할 수 있습니다. 공기 액화와 유사하게, 저온 액체 수소 저장은 먼저 압축된 수소이며 스로틀 밸브를 통과하여 냉각되고 줄-톰슨 등온 엔탈피 팽창을 거쳐 일부 액체를 생성합니다. 액체가 분리된 후 고진공의 절연 용기에 보관되며, 기체는 위의 사이클을 계속합니다.

액체 수소 저장 장치는 체적 에너지 밀도가 높습니다., 상온 및 압력에서 액체수소의 밀도는 기체수소의 845배이며, 부피에너지밀도는 압축저장에 비해 몇 배 더 높다. 같은 용량의 수소저장용기에 비해 수소저장 품질이 크게 향상됐다. 액체수소 저장기술은 특히 우주왕복선용 로켓엔진, 자동차 엔진, 대륙간 비행운송차량 등 저장공간이 제한된 운송상황에 적합하다. 질량과 부피 측면에서만 고려한다면 액체수소 저장은 수소를 저장하는 매우 이상적인 방법입니다. 그러나 수소 액화에는 많은 양의 냉각 에너지가 필요하기 때문에 수소 1kg을 액화하려면 4~10kWh의 전력이 필요해 수소 저장 및 사용 비용이 증가한다. 또한, 액화수소 저장용기는 초저온 특수용기를 사용해야 합니다. 온도. 액체수소 저장실의 충전 및 단열은 증발 손실이 높아지기 쉬우므로 저장 비용이 더 비싸고 안전 기술도 더 복잡해집니다. 고도로 단열된 수소 저장 용기가 현재 연구의 초점입니다.

1.3 냉동 및 압축 보관

동결 및 압축 저장은 액체 및 압축 기체 수소 방식의 특성을 활용하여 수소를 저장합니다. 이 기술은 수소의 증발 속도를 줄이고 높은 에너지 밀도를 완벽하게 유지할 수 있습니다. 압축 탱크는 일반적으로 -253°C의 온도와 약 300bar의 고압에서 수소를 저장합니다.