A Study on the Hydriding and Dehydriding Kinetics of a Mechanically-Alloyed Mg-25wt.%Ni Mixture

기계적 합금처리된 Mg-25wt.%Ni 혼합물의 수소화물 형성 및 분해에 대한 반응속도론적 연구

The hydriding and dehydriding kinetics were studied for a Mg-25wt.%Ni mixture which has the most excellent hydrogen-storage characteristics among many mechanically-alloyed mixtures. The hydriding and dehydriding rates were measured and the rate-controlling steps were determined by comparing the hydriding and dehydriding rates with the theoretical rate equations. The rate-controlling step in the hydriding reaction is the Knudsen flow and the ordinary gaseous diffusion of hydrogen molecules through interparticle channels, cracks, etc. in the various ranges of weight percentage of absorbed hydrogen $H_a$ below $H_a$=4.0. In the $H_a$ range 4.0 < $H_a{\leq}4.25$, the diffusion of hydrogen atoms through the growing hydride layer is considered the rate-controlling step. The rate-controlling step in the dehydriding reaction is the Knudsen flow and the ordinary gaseous diffusion of hydrogen molecules for all the ranges of weight percentage of desorbed hydrogen $H_d$.

기계적인 합금처리된 여러 Mg-Ni 혼합물 중에서 가장 우수한 수소저장 성질을 가지고 있는 Mg-25wt.%Ni 혼합물의 수소화물 형성 및 분해 반응에 대한 반응속도론적 연구를 하였다. 수소화물 형성 및 분해 속도를 측정하여 이론적인 반응 속도식과 비교함으로써 율속 단계를 결정하였다. Mg-25wt.%Ni의 수소화물 형성의 율속단계는 $H_a$ = 4.0 미만의 여러 $H_a$ 범위에서는 입자간 통로 (interparticle channel), 입자의 갈라진 틈(crack) 등을 통한 수소 분자의 이동 단계인 Knudsen 유동과 보통의 기체 확산이고, 4.0 < $H_a{\leq}4.25$ 범위에서는 성장하는 수소화물 층을 통한 수소 원자의 확산으로 생각된다. Mg-25wt.%Ni의 수소화물 분해의 율속 단계는 전 $H_d$ 범위에 걸쳐 수소 분자의 이동 단계인 Knusden 유동과 보통의 기체 확산이다.