연료전지 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 연료전지 위키백과, 우리 모두의 백과사전. 둘러보기로 가기 검색하러 가기 메탄올 연료전지. 실제 연료전지부분은 가운데에 보이는 여러 개의 판이 직육면체 모양으로 겹쳐있는 부분이다. 연료전지 ( [UNK] [UNK] [UNK] [UNK], Fuel Cell ) 란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 화학 반응은 촉매층내에서 촉매에 의하여 이루어지며 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능하다. 목차 1 특징 2 연료전지 발전 장치 2. 1 연료 개질기 ( Fuel Reformer ) 2. 2 연료전지 본체 ( 스택 stack ) 2. 3 전력 변환 장치 ( Inverter ) 2. 4 기타 장치 3 연료전지의 종류 3. 1 용융탄산염 연료전지 ( Molten Carbonate Fue
연료전지 ( SOFC ) 는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었다. SOFC는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도 ( 700 - 1000 ℃ ) 에서 작동한다. 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없다. 또한 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이하다. 고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있다. 이러한 장점들 덕분에 SOFC에 관한 연구는 21세기 초에 상업화하는 것을 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있다
전극을 이용할 경우 백금 성분에 독성 물질로 작용하는 일산화탄소마저도, 니켈 전극을 이용할 경우 수성가스 전환반응을 통하여 연료로 이용할 수 있게 된다. 따라서 일산화탄소를 발생시킬 우려가 있어 백금을 이용하는 저온형 연료전지에는 사용하기 힘든 석탄가스, 천연가스, 메탄올, 바이오매스 등 다양한 연료를 MCFC에는 이용할 수 있다. 그리고 HRSG ( Heat Recovery Steam Generator ) 등을 이용한 bottoming cycle로 양질의 고온 폐열을 회수 사용하면 전체 발전 시스템의 열효율을 약 60 % 이상으로 제고시킬 수 있다. 또한, MCFC의 높은 작동 온도는 연료전지 스택 내부에서 전기화학반응과 연료개질반응이 동시에 진행될 수 있게 하는 내부개질 형태를 허용한다
기타 장치 3 연료전지의 종류 3. 1 용융탄산염 연료전지 ( Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC ) 3. 2 고분자전해질 연료전지 ( Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC ) 3. 3 고체산화물 연료전지 ( Solid Oxide Fuel Cell, SOFC ) 3. 4 직접메탄올 연료전지 ( Direct Methanol Fuel Cell, DMFC ) 3. 5 직접에탄올 연료전지 ( Direct Ethanol Fuel Cell, DEFC ) 3. 6 인산형 연료전지 ( Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC ) 3. 7 직접탄소 연료전지 ( Direct Carbon Fuel Cells, DCFC ) 4 외국의 연료 전지 발달 정도 5 국내의 연료 전지 발달 정도 6 참고 문헌 7
연료전지 ( DEFC ) 는 직접메탄올 연료전지와 메커니즘은 같으나, 연료는 에탄올을 사용하며, 출력 전압은 0. 5 ~ 45 V 가량의 연료 전지이다. 2007년 5월 미국에서 20 ~ 45 V의 전압을 내는 직접에탄올 연료전지를 개발하였다. 반응 메커니즘 : C2H5OH 3H2O → 2CO2 12H 0. 5V 인산형 연료전지 ( Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC ) [ 편집 ] 인산형 연료전지 ( PAFC ) 는 액체 인산을 전해질로 이용하는 연료전지이다. 전극은 카본지 ( carbon paper ) 로 이루어지는데, 백금 촉매를 이용하기 때문에 제작 단가가 비싸다. 한편, 액체 인산은 40℃에서 응고되어 버리기 때문에 시동이 어려우며, 지속적인 운전 또한 제약이 따른다. 그러나 150 ~ 200℃의 운전
융탄산염 연료전지 ( Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC ) [ 편집 ] 통상 제 2 세대 연료전지로 불리는 용융탄산염 연료전지 ( MCFC ) 는 다른 형태의 연료전지와 마찬가지로 열효율과 환경친화성이 높고 모듈화가 특성되었으며 설치공간이 작다는 장점을 갖는다. 또, 650℃의 고온에서 운전되기 때문에 인산형 연료전지 ( PAFC ) 또는 고분자전해질 연료전지 ( PEMFC ) 와 같은 저온형 연료전지에서 기대할 수 없는 추가적인 장점들을 갖고 있다. 고온에서의 빠른 전기화학반응은 전극 재료에 쓰이는 촉매로써 백금 대신 저렴한 니켈의 사용을 가능케 하여 경제적인 생산이 가능해진다. 그리고 백금 전극을 이용할 경우 백금 성분에 독성 물질로 작용하는 일산화탄소마저도, 니켈 전
연료로 이용이 가능하다. 4. 연료전지 기술 자체가 매우 잘 정립되어 있기 때문에 기존의 화력 발전소 혹은 석탄가스화복합발전 ( IGCC ; Integrated Gasification Combined Cycle ) 과 연계하여 부생 가스 ( syngas, CH4, H2 ) 와 잔존 석탄 찌꺼기 등을 연료로 이용이 가능하다. 반응 메커니즘 [ 8 ] [ 9 ] 전체 반응식 : C O2 → CO2. 1. 고체산화물전해질 기반 직접탄소 연료전지 연료극 ( anode ) 반응. < 직접 전기화학적 산화반응 > C 2O2 - → CO2 4e - C O2 - → CO 2e - < 간접 전기화학적 산화반응 > CO O2 - → CO2 2e - < Boudouard 반응 > C CO2 → 2CO 공기극 ( cathode ) 반응 O2 4
장치에서 들어오는 수소와 공기 중의 산소로 직류 전기와 물 및 부산물인 열을 발생시킨다. 오늘날에는 용융탄산염 연료전지 ( MCFC ), 고분자전해질 연료전지 ( PEMFC ), 고체산화물 연료전지 ( SOFC ), 직접메탄올 연료전지 ( DMFC ), 인산형 연료전지 ( PAFC ) 등의 다양한 종류의 연료전지가 개발되어 있다. 전력 변환 장치 ( Inverter ) [ 편집 ] 연료 전지에서 나오는 직류 전원을 교류 전원으로 변환시킨다. 기타 장치 [ 편집 ] 이외에도, 연료전지 발전 설비의 효율을 높이기 위하여 연료 전지 반응에서 생기는 반응열과 연료 개질 과정에서 나오는 폐열 등을 이용하는 장치가 부수적으로 필요하다. 연료전지의 종류 [ 편집 ] 용융탄산염 연료전지 ( Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC ) [ 편집 ]
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산업부의 대체 에너지 기술 개발 사업으로 40kW급 인산염형 연료 전지 발전 시스템의 개발 사업을 수행하였다. 연료 전지 본체 개발은 호남정유 ( 현 GS칼텍스 ), 연료 개질기는 유공 ( 현 SK이노베이션 ), 전력 변환 장치는 금성산전 ( 현 LG산전 ), 계통 연계 기술 개발은 한국전기연구소가 담당하고 가스공사가 사업을 주관하는 공동 연구 체제를 구성하였다. 또한 1987년부터 수소자동차 연구에 들어간 성균관대학교 기계공학과 이종태 교수와 대학원 및 학부생 등 10여명으로 이루어진 내연기관연구실팀이 1993년 6월 아시아 타우너 밴을 기초로한 국내 최초의 수소자동차인 성균1호를 만들었다. 현재 국내의 기술 수준은 전반적으로 기초 연구 단계이나, 연료 전지 본체를 포함한 연료개질, 전력 변환 장치 등의 소규모 시제품 개발을 목표로 하여 추진
연료전지(燃料電池, 영어: fuel cell)란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 화학 반응은 촉매층내에서 촉매에 의하여 이루어지며 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능하다.