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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소의 "카본 소 분자 및 수소 에너지 이용 혁신 특구(特區) 연구 그룹" 리후이(李慧) 연구원 연구팀과 "복합 수소화물 소재 화학 연구 그룹" 천핑(陳萍) 연구원 연구팀은 공동 연구를 통해 고성능 신형 갭 구조를 가진 스테인리스 스틸(stainless steel) 팔라듐 복합 멤브레인을 개발하여 연료전지 수소 소스를 신속히 가동하는 요구를 충족시킬 수 있게 되었으며, 연구팀은 동 스테인리스 스틸 팔라듐 복합 멤브레인을 암모니아 분해 멤브레인 반응기로 수소를 제조하는데 응용하여 암모니아 분해 온도를 뚜렷이 낮추는데 성공.

연구팀은 난제를 해결하기 위해 최초로 핑거 타입 갭구조(finger-type gap structure)를 보유한 스테인리스 스틸(stainless steel) 팔라듐 복합 멤브레인 디자인을 개발하여 온도가 신속히 상승하는 과정에서 금속 팔라듐 멤브레인으로 하여금 자유적인 신축을 할 수 있도록 한 동시에 스테인리스 스틸(stainless steel) 기판과 금속 팔라듐 복합 멤브레인 간의 접촉으로 인해 멤브레인 구조가 파괴되는 상황을 피할 수 있도록 하였음.

연구팀이 디자인 한 새로운 타입의 스테인리스 스틸(stainless steel) 팔라듐 복합 멤브레인은 연속 2,000h의 장기적이고 안정적인 운행을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 연료전지 사용 조건을 시뮬레이션하여 여러 개의 신속히 온도가 상승하는 순환을 모사하여 연료전지 수소 소스의 신속한 응답 요구를 충족시킬 수 있을 것으로 나타났음.

그 외, 갭 구조는 다공성 탑재체의 침투 저항력을 뚜렷이 감소시키고, 수소 투과 속도를 2.1E-6mol/(m2*s*Pa) 수준에 도달시키며, H2/N2 선택성을 16,000 수준에 도달시키는 것으로 나타났음.

연구팀은 고성능 핑거 타입 갭 구조(finger-type gap structure)를 보유한 스테인리스 스틸(stainless steel) 팔라듐 복합 멤브레인과 효율적인 암모니아 분해 촉매제인 Ru/MgO 간의 결합을 통해 멤브레인 반응기를 형성하였으며, 동 반응기를 통해 암모니아가 분해한 완전 분해 온도를 문헌 상의 748K 이상 수준에서 673K 수준(암모니라 분해 전환 비율을 99.8% 수준에 도달시킴)에 도달시킨 동시에 200h의 연속적이고 안정적인 운행을 실현함으로써 동 멤브레인 반응기가 차량 탑재 분야에서의 응용 잠재력을 입증하였음.

본 연구 성과는 ‘Chemical Engineering Journal’ (High performance stainless-steel supported Pd membranes with a finger-like and gap structure and its application in NH3 decomposition membrane reactor)지에 게재됨.