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연료전지란?
연료전지수소를 연료로 전기를 생산하는 장치입니다. 연료전지는 공해와 소음이 없기 때문에 앞으로 수소 에너지와 더불어 미래의 에너지 장치로 사랑받을 것입니다.
연료전지 개요
- 연료전지(fuel cell)란 연료가 가진 화학에너지를 전기화학반응을 통해 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 변환 장치로서, 배터리와는 달리 연료가 공급되는 한 재충전 없이 계속해서 전기를 생산할 수 있고, 반응 중 발생된 열은 온수생산에 이용되어 급탕 및 난방으로 가능하다
추진목적
연료전지 기술
- 연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술
- H2+ 1/2O2→ H2O + 전기
- b생성물이 전기와 순수(純水)인 발전효율 30~40%, 열효율 40% 이상으로 총 70~80%의 효율을 갖는 신기술임
연료전지 발전원리(단위전지)
연료전지의 종류
전해질 종류에 따라 연료전지를 구분
| 구분 | 알카리 (AFC) |
인산형 (PAFC) |
용융탄산염형 (MCFC) |
고체산화물형 (SOFC) |
고분자전해질형 (PEMFC) |
직접매탄올 (DMFC) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 전해질 | 알카리 | 인산염 | 탄산염 | 세라믹 | 이온교환막 | 이온교환막 |
| 동작온도 (℃) | 120이하 | 250이하 | 700이하 | 1,200이하 | 100이하 | 100이하 |
| 효율(%) | 85 | 70 | 80 | 85 | 75 | 40 |
| 용도 | 우주발사체 전원 |
중형건물 (200㎾) |
중·대형건물 (100㎾~㎿) |
소·중·대용량 발전(1㎾~㎿) |
가정·상업용 (1~10㎾) |
소형이동 (1㎾ 이하) |
| 특징 | - | CO 내구성 큼, 열병합대응 가능 | 발전효율 높음,내부개질 가능,열병합대응 가능 | 발전효율 높음, 내부개질 가능, 복합발전 가능 |
저온작동 고출력밀도 |
저온작동 고출력밀도 |
AFC(Alkaline Fuel Cell), PAFC(Phosphoric Acid FC), MCFC(Molten Carbonate), SOFC(Solid Oxide),PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane), DMFC(Direct Methanol)
→ 순서대로 기술발전 단계임
시스템 구성도
연료전지 발전시스템 구성도
- 개질기(Reformer)
- 화석연료(천연가스, 메탄올, 석유 등)로 부터 수소를 발생시키는 장치
- 시스템에 악영향을 주는 황(10ppb이하), 일산화탄소(10ppm이하) 제어 및 시스템 효율향상을 위한 compact가 핵심기술임 - 스택(Stack)
- 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체
- 단위전지 제조, 단위전지 적층 및 밀봉, 수소공급과 열회수를 위한 분리판 설계·제작 등이 핵심기술 - 전력변환기(Inverter) - 연료전지에서 나오는 직류전기(DC)를 우리가 사용하는 교류(AC)로 변환시키는 장치
- 주변보조기기(BOP: Balance of Plant) - 연료, 공기, 열회수 등을 위한 펌프류, Blower, 센서 등을 말하며, 연료전지에 특성에 맞는 기술이 미비함