Magnesium hydride 와 Mg-25(w/o)Al alloy hydride 의 열분해에 관한 속도론적 연구

Abstract

Magnesium 과 Mg-25(w/o)Al 합금에서 생성된 Magnesium hydride 의 분해반응 속도에 관한 연구를 T.G.A 방법을 사용하여 argon gas 분위기 중에서 행하였다. 분해에 사용된 hydride 는 autoclave 에서 직접 합성하였다. 생성된 hydride 를 X-ray diffraction analyis 로 확인하였다. $287\,^\circ\!C \sim 397\,^\circ\!C$의 온도범위에서 분해곡선을 구하고, 반응속도에 gas flow rate 가 미치는 영향을 조사하였다. 또 얻은 실험결과를 unreacted core model 과 비교하여 실제의 reaction mechanism 을 추정하였다. 실험에서 얻는 결과는 다음과 같다. 1) Magnesium,Mg-25(w/o)Al alloy의 분말의 입자가 작을수록 합성된 hydride양이 많았다. 2) Mg-25(w/o)Al alloy에서 합성한 hydride 는 $MgH_2$ 임을 알았다. 3) Magnesium보다 Mg-25(w/o)Al alloy에서 합성된 hydride 양이 많았다. 4) Pure Magnesium hydride 의 분해반응시, 초기반응은 계면의 화학반응에 의해서 지배되며, 속도식은 $1 - ( 1 - X )^{1/3} = k_1 \cdot t$로 표시되며, X = fraction decomposed, apparent rate constant, $k_1 = (7661 \pm 4.7) \exp(1 - \frac{19446 \pm 1893}{RT})$ 이었다. 5) Mg-25(w/o)Al alloy hydride 의 초기반응도 계면의 화학반응에 의해서 지배되며, apparent rate contant, $k_1 =(145.6 \pm 2.5) \exp (-\frac{15927 \pm 1104}{RT})$ 이었다. Mg-25(w/o)Al 합금에서 생성된 $MgH_2$ 의 분해반응시 activation energy는 각각 19.5Kcal/mole, 15.9Kcal/mole 이며 이 값은 Magnesium hydride 분해열과 거의 같은 값이다. 분해반응의 역반응, $Mg + H_2 \to MgH_2$ 의 activation energy는 거의 0이다. Magnesium hydride 의 분해반응시 분해된 수소는 porous product-layer 인 Magnesium layer 의 gas pore 를 통해 diffusion 하며, Magnesium-layer 의 두께가 커짐에 따라 반응속도가 감소한다. 6) Aluminum 의 양이 많아질수록 분해 반응속도는 감소한다.