연료전지

연료전지기술

• 연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술
• H2+ 1/2O2→ H2O + 전기
• 생성물이 전기와 순수(純水)인 발전효율 30~40%, 열효율 40% 이상으로 총 70~80%의 효율을 갖는 신기술임

연료전지 발전원리(단위전지)

• 연료중 수소와 공기중 산소가 전기 화학 반응에 의해 직접 발전
• 연료극에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리
• 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동, 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동
• 공기극 쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물(물)을 생성
• 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열생성

연료전지의 반응과정(예)

연료전지의 종류

• 전해질 종류에 따라 연료전지를 구분

  구 분	알카리 (AFC)	인산형 (PAFC)	용융탄산염형 (MCFC)	고체산화물형 (SOFC)	고분자전해질형 (PEMFC)	직접매탄올 (DMFC)
  전해질	알카리	인산염	탄산염	세라믹	이온교화막	이온교환막
  동작온도(℃)	120이하	250이하	700이하	1,200이하	100이하	100이하
  효율(%)	85	70	80	85	75	40
  용 도	우주발사체 전원	중형건물 (200㎾))	중·대형건물 (100㎾~㎿)	소·중·대용량 발전(1㎾~㎿)	가정·상업용 (1~10㎾)	소형이동 (1㎾ 이하)
  특 징	-	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

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 핵심기술

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 미비함전해질 종류에 따라 연료전지를 구분 목록

[자료출처 : 한국에너지공단 신재생에너지센터]