탄소 기반 물질을 통한 수소 에너지 저장: 전통적인 흡착제에서 신흥 아키텍처 엔지니어링 및 AI 기반 최적화로

수소는 청정 에너지 전환의 핵심 촉매로 널리 인식되고 있지만, 안전하고 효율적이며 확장 가능한 저장 기술의 부족은 광범위한 배치를 계속 방해하고 있습니다. 압축 수소 저장, 저온 압축 수소 저장, 액체 수소 저장과 같은 기존의 수소 저장 접근법은 높은 에너지 소비, 비용 상승, 중량, 안전 문제 등 여러 제한사항에 직면해 있습니다. 반면에, 탄소 기반 흡착제를 이용한 고체 상태 수소 저장은 화학 조정 가능성, 낮은 비용 및 에너지 시스템에 모듈식 통합 가능성 덕분에 주목받고 있습니다. 이 리뷰는 탄소 기반 물질을 이용한 수소 저장에 대한 포괄적인 평가를 제공하며, 기초 흡착 기작, 고전 재료, 신흥 아키텍처, 최근의 AI 기반 자료 설계의 발전을 다룹니다. 먼저 수소 물리흡착, 화학흡착, 쿠바스 상호작용 및 탄소 표면에서의 스필오버 효과를 유도하는 물리화학적 원리를 논의합니다. 활성탄, 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 점 및 바이오차와 같은 고전적 흡착제는 기공 구조, 도판트 효과 및 흡착 용량 측면에서 평가됩니다. 리뷰는 그 다음에 고급 탄소 아키텍처, MXenes, 3차원 아키텍처 및 3D 프린팅된 탄소 플랫폼에서의 최근 발전을 강조하며, 실제 조건에서의 중량 및 부피 성능을 강조합니다. 중요한 것은, 이 리뷰가 데이터 기반 흡착제 설계를 위한 인공지능 및 기계학습 도구의 응용에 대한 미래 지향적인 관점을 제시합니다. 이러한 방법들은 물질의 고처리량 스크리닝, 성능 메트릭 예측 및 구조–속성 관계 식별을 가능하게 합니다. 실험적 통찰력과 계산적 발전을 결합함으로써, 탄소 기반 수소 저장 플랫폼은 차세대 에너지 저장 시스템에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 논문은 남아 있는 도전 과제, 활용 시나리오 및 실질적 응용을 실현하기 위한 학제 간 노력이 필요함에 대해 논의하면서 결론을 맺습니다.