효율적인 수소 저장을 위한 나노 크기의 마그네슘 수소화물

수소 생성을 향상시키기 위해 마그네슘 수소화물의 가수 분해를 가속화하기 위해 수소 화 수소 마그네슘에 초음파 처리가 적용됩니다. 또한 초음파 나노 구조의 마그네슘 수소화물, 즉 MgH2 나노 입자는 향상된 수소 저장 용량을 보여줍니다.

수소 저장을 위한 마그네슘 수소화물

수 소화 마그네슘, MgH₂는 수소 저장을 위한 옵션으로 널리 주목받고 있습니다. 주요 이점은 풍부한 자원, 고성능, 가벼운 무게, 저렴한 비용 및 안전성입니다. 수소 저장에 사용할 수 있는 다른 수소화물과 비교하여 MgH₂ 최대 7.6wt %의 수소 저장 밀도를 가지고 있습니다. 수소는 Mg 기반 금속 수소화물 형태로 Mg에 저장할 수 있습니다. MgH2 합성 과정은 해리성 화학 흡착으로 알려져 있습니다. Mg 및 H2로부터 Mg 기반 금속 수소화물을 생산하는 일반적인 방법은 300-400°C의 온도와 2.4-40MPa의 수소 압력에서 형성하는 것입니다. 형성 방정식은 다음과 같습니다 : Mg + H₂ ⇌ 마그네슘H₂
고열처리는 재결정화, 상 분리, 나노 입자 응집 등과 같은 수소화물의 상당한 분해 효과를 수반합니다. 또한 고온과 압력으로 인해 MgH2 형성이 에너지 집약적이고 복잡하여 비용이 많이 듭니다.

Magnesium Hydride의 초음파 가수 분해

Hiroi et al. (2011) demonstrated that sonication of MgH2 nano-particles and nanofibres intensified the hydrolysis reaction MgH2 + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H2 + 277 kJ. In this study, the MgH2 nanofibers exhibited the maximum hydrogen storage capacity of 14.4 mass% at room temperature. Additionally, the researchers demonstrated that a combination of sonication and MgH2 hydrolysis is considerably effective for efficiently generating hydrogen without heating and adding any chemical agent. They also found that low frequency ultrasound was the most efficient method in order to obtain a high conversion rate. The hydrolysis rate at low frequency sonication “reached as high as 76% in terms of the reaction degree at 7.2 ks at an ultrasonic frequency of 28 kHz. This value was more than 15 times the value obtained in the case of the non-sonicated sample, indicating an equivalent hydrogen density of 11.6 mass% on the basis of the weight of MgH2.”
그 결과, 초음파는 라디칼 생성으로 인해 반응 속도를 일정하게 증가시키고 큰 전단력 생성으로 인해 미반응 MgH2에 비해 Mg(OH)2의 수동 층을 박리함으로써 MgH2의 가수분해 반응을 향상시키는 것으로 나타났습니다. (히로이 외. 2011)

문제: 마그네슘 수소화물의 느린 가수분해

볼 밀링, 온수 처리 또는 화학 첨가제를 통한 마그네슘 수소화물 가수분해의 촉진이 조사되었지만 화학 전환율을 유의미하게 향상시키는 것으로 발견되지 않았습니다. 화학 물질의 첨가와 관련하여 완충제, 킬레이터 및 이온 교환기와 같은 화학 첨가제는 부동태화 Mg(OH)2 층의 형성을 방지하는 데 도움이 되었으며 Mg 후 순환 과정에서 불순물을 생성했습니다.

해결책 : Magnesium Hydride의 초음파 분산

초음파 분산 및 습식 밀링은 매우 좁은 분포 곡선으로 나노 크기의 입자와 결정을 생산하는 매우 효율적인 기술입니다. 수 소화 마그네슘을 나노 크기로 균일하게 분산시킴으로써 활성 표면적이 크게 확대됩니다. 또한, 초음파 처리는 부동태화 층을 제거하고 우수한 화학적 전환율을 위해 질량 전달을 증가시킵니다. 초음파 밀링, 분산, 응집 제거 및 입자 표면 세척은 효율성, 신뢰성 및 단순성 측면에서 다른 밀링 기술을 능가합니다.

초음파 습식 밀링 및 분산은 입자 크기 감소를 위한 매우 효율적인 방법입니다(예: 마그네슘 수소화물).

개선된 수소 저장으로서의 나노구조 마그네슘 수소화물

마그네슘 수소화물을 나노 구조화하는 것은 MgH2의 ab/de-sorption 열역학적 및 역학적 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 효과적인 전략임이 과학적으로 입증되었습니다. MgH2 나노입자 및 나노섬유와 같은 나노 크기/나노 구조의 마그네슘 기반 구조는 입자 및 입자 크기를 줄임으로써 수소화물 형성 엔탈피 ΔH를 감소시킴으로써 더욱 향상될 수 있습니다. 계산 결과 나노 크기의 MgH2 분해에 대한 반응 장벽이 벌크 MgH2보다 현저히 낮았으며, 이는 MgH2의 나노 구조 공학이 열역학적 및 운동학적으로 향상된 성능에 유리하다는 것을 나타냅니다. (참조: Ren et al., 2023)

벌크 MgH2와 나노 구조의 초미세 MgH2의 수소 흡수 및 탈착을 위한 에너지 장벽 비교.(연구 및 그래프: ©Zhang et al., 2020)

초음파 나노 화 및 마그네슘 수소화물의 나노 구조화

초음파 나노 구조화는 수소 용량에 영향을 미치지 않고 마그네슘 수소화물의 열역학을 변경할 수있는 매우 효과적인 기술입니다. 초미세 MgH2 나노 입자는 수소 탈착 능력이 크게 향상되었습니다. 나노 사이징 마그네슘 수소화물은 결함 도입, 수소 확산 경로 단축, 핵 형성 부위 증가 및 Mg-H 결합의 불안정화로 인해 수소 ab-/탈-흡착 온도를 크게 낮추고 MgH2의 재/탈수소화 속도를 높이는 방법입니다.
간단한 초음파 화학 처리는 특히 마그네슘 입자 처리의 경우 저에너지 수소화물 형성 가능성을 제공합니다. 예를 들어, Baidukova et al. (2026)은 수성 현탁액에서 마그네슘 입자의 초음파 화학적 처리를 통해 다공성 마그네슘-수산화 마그네슘 매트릭스에서 저에너지 수소화물을 형성할 수 있는 가능성을 보여주었습니다.

효율적인 수소 저장을 위해 Sonochemically 합성된 나노-마그네슘 수소화물

초음파로 제조 된 마그네슘 수소화물 나노 입자는 6.7 wt% 가역 수소 저장의 주변 온도 가역성을 달성합니다.
경질 금속 수소화물을 수소 저장을 위한 운반체로 사용하는 것은 수소를 안전하고 효율적으로 저장하기 위한 유망한 접근 방식입니다. 특정 금속 수소화물 중 하나인 마그네슘 수소화물(MgH2)은 수소 함량이 높고 자연에 마그네슘이 풍부하기 때문에 상당한 관심을 받고 있습니다. 그러나 벌크 MgH2는 300°C 이상의 매우 높은 온도에서만 수소를 방출하여 안정적이라는 단점이 있습니다. 이는 수소 저장 관련 응용 분야에는 비실용적이고 비효율적입니다.
Zhang et al. (2020)은 MgH2의 초미세 나노 입자를 생성하여 상온에서 가역적 수소 저장 가능성을 조사했습니다. 그들은 효과적으로 이중 분해 과정인 metathesis 과정을 시작하기 위해 초음파 처리를 사용했습니다. 초음파 처리는 나노 입자를 생성하기 위해 액체와 고체로 구성된 슬러리에 적용되었습니다. 이러한 나노 입자는 추가적인 스캐 폴드 구조없이 주로 약 4-5 nm의 크기로 성공적으로 생산되었습니다. 이러한 나노 입자에 대해 y는 30°C에서 6.7wt%의 가역적 수소 저장 용량을 측정했는데, 이는 이전에 입증되지 않은 중요한 성과입니다. 이는 열역학적 불안정화와 감소된 운동 장벽에 의해 가능했습니다. 베어 나노 입자는 또한 150 ° C에서 50 사이클 동안 안정적이고 빠른 수소 순환 거동을 보였으며, 이는 벌크 MgH2에 비해 눈에 띄는 개선입니다. 이러한 발견은 수소 저장을위한 MgH2의 더 높은 효율로 이어지는 잠재적 인 치료법으로 초음파 처리를 제시합니다.
(참고: Zhang et al., 2020)

초음파 처리 후 준비된 입자 크기 분포 초 미세 MgH2.(연구 및 그래프: ©Zhang et al., 2020)

마그네슘 수소화물 처리를위한 고성능 초음파기

초음파 화학 – 화학 반응에 전력 초음파의 적용 – 합성, 촉매 반응 및 기타 이종 반응을 촉진하고 가속화하는 신뢰할 수 있는 처리 기술입니다. Hielscher 초음파 포트폴리오는 소형 실험실 초음파에서 마그네슘 수소 물의 가수 분해 및 나노 밀링? 나노 구조화와 같은 모든 종류의 화학 응용 분야를위한 산업용 초음파 화학 시스템에 이르기까지 전체 범위를 다룹니다. 이를 통해 Hielscher는 예상되는 MgH2 공정에 가장 적합한 초음파를 제공 할 수 있습니다. 오랜 시간 경험이 풍부한 당사의 직원이 타당성 테스트 및 공정 최적화에서 최종 생산 수준의 초음파 시스템 설치에 이르기까지 도움을 드릴 것입니다.
우리의 초음파 균질화기의 작은 발자국 뿐 아니라 임명 선택권에 있는 그들의 다양성은 그(것)들을 작은 공간 처리 시설로 조차 적합하게 만듭니다. 초음파 프로세서는 전 세계적으로 정밀 화학, 석유 화학 및 나노 재료 생산 시설에 설치됩니다.

배치 및 인라인

Hielscher sonochemical 장비는 배치 및 연속 플로우 스루 처리에 사용할 수 있습니다. 초음파 배치 처리는 공정 테스트, 최적화 및 중소 규모 생산 수준에 이상적입니다. 많은 양의 재료를 생산하는 경우 인라인 처리가 더 유리할 수 있습니다. 연속적인 인라인 믹싱 프로세스에는 정교한 설정이 필요합니다 – 펌프, 호스 또는 파이프 및 탱크로 구성되지만 매우 효율적이고 빠르며 노동력이 훨씬 적게 필요합니다. Hielscher 초음파는 초음파 합성 반응, 처리량 및 목표에 가장 적합한 초음파 화학 설정을 갖추고 있습니다.

모든 규모의 MgH2 가수분해를 위한 초음파 프로브 및 반응기

Hielscher 초음파 제품 범위는 벤치 탑 및 파일럿 시스템을 통한 소형 실험실 초음파기에서 시간당 트럭 적재량을 처리 할 수있는 완전 산업용 초음파 프로세서에 이르기까지 초음파 프로세서의 전체 스펙트럼을 다룹니다. 전체 제품 범위를 통해 공정 용량과 생산 목표에 가장 적합한 초음파 균질화기를 제공할 수 있습니다.
초음파 벤치탑 시스템은 타당성 테스트 및 공정 최적화에 이상적입니다. 확립된 공정 매개변수를 기반으로 한 선형 확장을 통해 소규모 로트에서 완전한 상업 생산에 이르기까지 처리 용량을 매우 쉽게 늘릴 수 있습니다. 업 스케일링은 더 강력한 초음파 장치를 설치하거나 여러 초음파를 병렬로 클러스터링하여 수행 할 수 있습니다. UIP16000 통해 Hielscher는 전 세계에서 가장 강력한 초음파 균질화기를 제공합니다.

최적의 결과를 위해 정밀하게 제어 가능한 진폭

모든 Hielscher 초음파기는 정밀하게 제어 할 수 있으므로 생산에서 신뢰할 수있는 작업 말입니다. 진폭은 초음파 화학 반응의 효율성과 효과에 영향을 미치는 중요한 공정 매개 변수 중 하나입니다 모든 Hielscher 초음파 프로세서는 진폭을 정확하게 설정할 수 있습니다. Sonotrodes 및 부스터 혼은 훨씬 더 넓은 범위에서 진폭을 수정할 수 있는 액세서리입니다. Hielscher 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공하고 까다로운 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다.
정확한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 매개변수의 영구적인 모니터링은 가장 효과적인 초음파 조건으로 reagants를 처리할 수 있는 가능성을 제공합니다. 뛰어난 화학적 전환율을위한 최적의 초음파 처리!
The robustness of Hielscher ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your chemical process requirements.

최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance mixers.
Hielscher 초음파 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다.

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.