수소저장에 관한 많은 연구들이 진행되고 있으나 많은 낮은 수소저장 효율 혹은 너무 높은 온도가 필요하는 등 미해결 문제들이 존재하고 있다. 기존의 대부분의 연구는 이론적으로 가능한 최대수소흡착 성능에 관한 연구들이 주로 보고 되었으나 실재 응용을 위해서는 얼마나 많은 수의 수소분자를 활용할 수 있는가가 중요하다. 하지만 이에 대한 연구는 많이 이루어지지 않은 상황이다.
또한 기존의 많은 이론적 연구들은 얼마나 많은 수소분자를 고체물질에 가두어 둘 수 있는가에 집중되었다. 하지만, 실재 응용을 위해서는 흡착된 수소분자들 중 얼마나 많은 수의 수소 분자를 떼어 내어 낼 수 있는가를 알아내는 것이 더 중요하다. 예를 들어 흡착되는 수소분자의 양이 응용가능할 만큼 충분하지 못하거나 또는 너무 높은 온도가 필요거나, 수소분자의 결합에너지가 너무 약하여 안정하지 못한 경우 등 다양한 기술적 문제점들이 나타났다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 홍지상 교수(부경대) 연구팀이 2차원 물질인 C2N를 이용해 수소에너지를 기존보다 안전하게 저장할 수 있는 이론적 방법을 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 수소 저장 그릇 역할을 하는 C2N에 리튬(Li)을 도핑한 경우 C2N과 결합하는 리튬의 결합에너지가 매우 커서 수소가 안정적으로 결합되고 기존에 문제가 되었던 리튬 뭉침현상을 해결할 수 있다는 결과를 이론적으로 얻었다.
이론적 분석 결과, 최대수소흡착비율이 13% 정도로 나타났다. 이는 기존의 다른 물질들과 비교할 때 30—40% 이상 향상된 결과이다. 저장된 수소를 활용할 수 있는 실제 활용용량값도 10% 정도로 나타났다.
<이론적 최대 수소흡착 비율과 흡착에너지 관계>
이 연구결과 C2N 박막과 Li 의 결합에너지가 매우커서 기존에 문제가 되었던 Li 뭉침현상(clustering) 난제를 해결함과 동시에 10% 이상의 높은 실재활용 용량(practical capacity) 보이고 있다. 특히 안정적인 상태에서 수소저장을 위해서는 고체상태의 물질을 이용하는 것이 바람직한데 이 연구에서는 이러한 측면에서 그 가능성을 제시하였다.
< (a) 온도와 압력에 따른 흡착 가능한 최대 수소분자의 양에 대한 계산,
(b) 실재 활용가능한 수소분자의 양에 대한 계산>
이 연구에서 얻어진 결과를 확인하기 위한 활발한 실험연구가 진행될 것이라 기대되며, 향후 실험적으로 검증이 된다면 수소저장과 관련된 연구분야 (전기자동차 베터리, 연료전지) 에 많은 후속연구를 촉발시키는 계기가 될 것으로 기대된다.