연료전지 자동차

소개글

연료전지 자동차에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개 요

2. 연료전지의 원리

3. 연료전지의 기본 구성

4. 연료전지의 종류

5. 연료전지의 특징

6. 연료전지 자동차(Fuel Cell Vehicles)
6.1. 전기자동차와 연료전지자동차 비교
6.2. 연료전지자동차용 연료전지
6.3. 연료전지자동차 연료
6.4. 연료전지자동차 기본 구성
6.5. 연료전지자동차 개발현황
6.6. 연료전지자동차 개발전망

본문내용

개발하였고, 동시에 대우자동차가 5kW 스택 2기를 연결한 10kW급 스택과 수소탱크를 이용한 연료전지/배터리 하이브리드 자동차 (레조)를 개발하였다. 그러나 2단계부터 대우자동차가 회사내의 사정으로 참여를 중단하고 현재에는 현대자동차가 25kW급 연료전지자동차의 개발을 목표로 연구를 수행하고 있다. 이 프로그램에서 연료개질기 개발에는 SK의 주관 하에 한국에너지기술연구원, 고려대가 참여하고 있으며 기초연구에는 자동차부품연구원의 주관 하에 경북대, 서울대, 연세대, 울산대 등이 참여하고 있다. 한편 현대자동차는 이와는 별도로 미국 IFC의 75kW급 스택과 수소탱크를 이용하여 2001년 3월 연료전지자동차 (산타페) 시작품을 제작하고 시운전에 성공한 바 있다. 다음 그림은 국내에서 개발된 연료전지자동차 사진들이다.
(a)
(b)
(c)
<국내에서 개발된 연료전지자동차>
(a) 10kW급 (현대자동차), (b) 10kW급(대우자동차), (c) 75kW급 (현대자동차)
고분자전해질 연료전지 연구개발에 있어 단기간에 괄목할 만한 성장이 있었음에도 불구하고 국내의 기술수준은 연구기간, 연구인력, 연구비의 열세로 인해 선진국에 비해 크게 뒤떨어져 있는 상태이다. 실제로 미국의 경우 Energy Partner가 1993년에, 일본의 경우 Mazda가 1992년에 처음으로 시험용 연료전지 전동차를 개발한 것과 비교하면 우리나라의 연료전지자동차의 개발은 선진국에 비해 7～8년 이상 뒤져 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서 구성요소 제조에 대해서는 어느정도 기본적인 기술확립이 이루어진 상태라고 볼 수 있으나 성능향상, 대면적화, 신뢰성 및 장기성능 제고 등에 대해서 보다 집중적인 연구가 이루어져야 할 것으로 보인다. 스택에 있어서도 분리판 유로, 가습방법, 가스밀봉 등에 대한 독창적인 기술확보가 필요하며 실용화를 위해서는 스택 경량화, 가격 저감화, 소재 국산화, 시스템 신뢰도 향상 등이 필수적이다. 한편 스택뿐만 아니라 휘발유 개질기의 개발이 매우 시급하며 공기압축기 개발, 제어시스템 개발, 시스템 종합기술개발 등 차량관련 기술개발도 매우 중요한 과제가 아닐 수 없다.
6.6. 연료전지자동차 개발전망
국내외 기술현황을 종합해 볼 때 연료전지자동차가 궁극적으로는 내연기관 자동차를 대체할 것으로 예상된다. DOE는 미국 여러 주에서 시행될 무공해자동차 의무판매 규정에 의해 2010년에 판매되는 연료전지자동차가 전체 판매차량의 50% 이상을 차지할 것으로 예측하고 있다. 고분자전해질 연료전지 스택기술 자체는 자동차 추진에 필요한 성능 및 운전특성을 만족시키는 수준까지 발전하였으며 일부 선진국에서는 이미 원가절감 및 대량생산 기술을 개발하기 시작하였다. 즉, Ballard Power Systems는 1999년 스택의 양산 사양을 확정하고 2000년에 시험생산을, 2004년에는 년간 40,000대 이상의 양산을 계획하고 있다. 연료전지자동차용 연료로는 저장 및 취급의 용이성 때문에 현재에는 대부분 메탄올을 채택하고 있지만 휘발유 개질기가 개발이 되면 휘발유 개질기의 복잡성과 높은 가격에도 불구하고 휘발유가 메탄올을 완전 대체할 것이다. 수소의 경우는 안전성이 확보된 수소탱크가 개발되면 개질기 대신에 수소탱크가 연료전지자동차에 탑재될 것으로 보인다.
연료전지자동차의 실용화에 있어 가장 큰 어려움은 높은 가격이다. 현재 원재료를 대부분 수입에 의존하고 스택을 개발하는 단계이기 때문에 국내에서의 고분자전해질 연료전지 스택의 제작단가는 $10,000/kW에 이르고 있다. 이러한 가격은 소재개발 및 양산기술 개발로 $20/kW 수준으로 낮추어야만 한다. 즉, 고분자전해질 연료전지 엔진은 크게 3가지 즉, 연료전지 스택, 연료개질기, 주변기기로 구성되는데, 50kW급 연료전지 엔진을 연간 100,000～200,000 대 규모로 대량생산한다고 할 때 연료전지 스택, 연료개질기, 주변기기의 목표가격은 각각 $20/kW이며 따라서 연료전지 스택, 연료개질기, 주변기기를 포함한 50kW급 연료전지 엔진의 목표가격은 $3,000 ($60/kW)이다.
참고로 고분자전해질 연료전지의 응용분야를 크게 현지설치형 발전 및 자동차 동력원으로 볼 때, 현지설치형 발전의 경우 효율 및 수명 (40,00시간 이상)이 중요하여 가압운전 (2-4기압)을 목표로 하고 있으며 발전단가는 $500/kW를 예상으로 하고 있다. 한편 자동차 동력원의 경우에는 부피, 무게 및 가격이 더 중요한 요소이므로 장치의 단순화를 위하여 상압 운전을 목표로 하고 있으며 수명은 4,000시간, 발전단가는 $60/kW을 목표로 하고 있다. 현재까지 근본적인 해결책은 알려지지 않았으나 향후 2～3년동안 기술적 및 원가적 문제가 해결되고 대량생산이 이루어지면 상기의 목표치가 가능할 것으로 전망하고 있다. 이러한 모든 문제들이 해결되면 빠르면 2003-2004년에 일부 자동차회사로부터 연료전지자동차가 판매될 것이며 2010년도에는 양산에 의해 연료전지자동차가 보편화될 것으로 예상된다.
무공해 및 고효율 고분자전해질 연료전지자동차가 실용화되면 대기환경오염 방지, 지구온난화 방지 및 수송용 에너지의 절약에 기여할 수 있을 것이다. 또한 선진국에서 무공해자동차의 사용이 곧 의무화되는 것에 대처하여 미리 선진기술을 확보함으로써 자동차산업에서의 국제경쟁력을 확보할 수 있다. 한편 연료전지가 성능, 안전성, 가격 면에서 만족할 만한 수준으로 상용화되면 곧바로 가정용, 이동용, 분산발전용, 방위산업용 (휴대용 전원, 비상발전용 전원, 통신장비용 전원, 잠수함용 동력원 등)으로 응용될 수 있을 것이다.
참고자료
1. 공학박사 정용일, “자동차와 환경(자동차환경공학 특론)”
2. 조만, “연료전지자동차의 기술개발”, 한국과학기술연구원
3. 오인환, 홍성안, “연료전지자동차 실용화 전망”, 한국과학기술연구원
4. 권옥배, “연료전지(Introduction of fuel cell", 한국가스공사 연구개발원
5. 김창수, “연료전지 기술개발고 보급전망”, 한국에너지기술연구소
6. http://www.fueleconomy
.gov, "Fuel Cell Vehicles"

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