연료전지에 관하여

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연료전지에 관하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 연료전지란

2. 연료전지의 동작원리

3. 연료전지의 종류

4. 연료전지의 특징

5. 연료전지의 응용

6. 연료전지의 연구기술

7. 수소와 연료전지의 개발전망

8. 결론

9. 참고문헌

본문내용

템인데, AC 송전단 효율은 현재 25~30% 수준이다. 독일, 일본, 스페인, 네덜란드에서 실증시험이 실시되어 2001년 말에 시장에 도입되었다. 미국은 특히 SOFC가 고효율이고 또한 매우 넓은 범위의 출력 레벨에 적용 가능한 점에 주목하여 DOE에 주목해왔다. SOFC는 원통형과 평판형 두 종류가 있으며, 원통형은 구조면에서 우수한데 반하여 평판형은 가스 차폐에 관해서는 어려운 점이 있기는 하지만 높은 출력 밀도와 가격면에서 유리하게 될 가능성이 높은 것으로 믿어지고 있다. 또한 낮은 코스트화를 실현하려고 저온 동작형 SOFC를 개발하는데 연료극으로는 니켈 , Ni과 사마리움을 고용한 산화세륨의 서멧이 사용되었다.
7. 수소와 연료전지의 개발전망
①수소에 대하여
연료전지에 핵심이 되는 수소는 가장 뛰어난 연료인 동시에 가장 사용하기 어려운 연료이기도 하다. 수소이 장점은 물론 그 자신 청정하고, 재생 가능 에너지를 포함한 많은 종류의 에너지 자원으로부터 생산할 수 있는 점에 있다. 그러나 이 수소를 무엇으로부터 생산하느냐가 문제가 된다. 보통 천연가스나 석유와 같은 탄화수소계의 화석연료를 원연로로 하지만, 이 경우 수소를 생산하는 과정에서 탄산가스가 배출된다. 만일 수소를 생산하는 과정에서 탄산가스가 배출된다. 만일 수소를 완전히 청정 에너지로 하기 위해서는 생성과정에서 탄산가스의 고정화, 격리 기술을 병용하거나, 재생가능 에너지의 경우 바이오매스를 제어하고 수소의 값을 높이는 결과가 될 것이다. 핵연료를 이용한 수소의 생산기술에 관해서는 일본원자력연구소에서 고온가스로의 배출열에 의한 물의 열화학 분해에 관한 연구개발이 진행되고 있으며, 미국에서도 이 기술개발이 추진되고 있다. 수소는 저장과 수송이 어려운 연료이므로 상온에서는 가스이고 단위체적당의 에너지 밀도가 작으므로, 저장하거나 수송하기 위해서는 압축하여 고압 가스로 하거나, 액화하거나, 혹은 금속 등 다른 물질에 흡착 또는 결합시킬 필요가 있다.
압축이나 액화 프로세스는 고가의 장치를 필요로 하고, 게다가 15 내지 20% 정도의 에너지를 그 장치가 소비할 가능성이 있다. 따라서 연료전지 자동차(FCV)에서는 차량효율인 높을지라도 연료효율이 낮기 때문에 좋합효율은 최신 하이브리드차의 종합효율을 능가할 수 없다. 또 물성적으로 점화에너지가 낮아 연소나 폭발의 가능성이 크므로 잠재적으로는 위험한 물질이라 할 수 있다. 특히 불꽃은 눈에 보이지 않으므로 화상에 주의할 필요가 있다. 또 분자가 작기 때문에 누출되기 쉽고, 확산되기 쉬우며, 누출을 검지하는 기술이 간단하지 않다. 이와 같은 특성은 수소를 안전하게 하는 측면도 가지고 있다. 인간의 오감으로 쉽게 검지하도록 하기 위해 부취재를 혼합하면 수소를 연료전지에 도입하였을 때 그것이 불순물로 작용하여 연료전지의 성능과 내구성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 또 수소에는 수소 취성이 있으며 접촉하는 금속을 부서지게 하는 성질도 가지고 있다.
②연료전지의 개발전망
◈알칼리형(AFC : Alkaline Fuel Cell)
1960년대 군사용(우주선 : 아폴로 11호)으로 개발 순 수소 및 순 산소를 사용
◈인산형(PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell)
1970년대 민간차원에서 처음으로 기술개발된 1세대 연료전지로 병원, 호텔, 건물 등 분산형 전원으로 이용
현재 가장 앞선 기술로 미국, 일본에서 실용화 단계에 있음
◈용융탄산염형(MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell)
1980년대에 기술개발된 2세대 연료전지로 대형발전소, 아파트단지,대형건물의 분산형 전원으로 이용
미국, 일본에서 기술개발을 완료하고 성능평가 진행 중(250㎾ 상용화, 2MW 실증)
◈고체산화물형(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)
1980년대에 본격적으로 기술개발된 3세대로서, MCFC보다 효율이 우수한 연료전지, 대형발전소, 아파트단지 및 대형건물의 분산형 전원으로 이용
최근 선진국에서는 가정용, 자동차용 등으로도 연구를 진행하고 있으나 우리나라는 다른 연료전지에 비해 기술력이 가장 낮음
◈고분자전해질형(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane)
1990년대에 기술개발된 4세대 연료전지로 가정용, 자동차용, 이동용 전원으로 이용 가장 활발하게 연구되는 분야이며, 실용화 및 상용화도 타 연료전지보다 빠르게 진행되고 있음
8. 결론
대도시의 공기 오염 문제 심화 및 이산화탄소 총량 규제와 같은 환경 문제해결 및 석유 에너지원 고갈에 따른 대체 에너지원 또는 에너지원 다변화가 필요한 시점이며, 연료전지는 문제 해결의 가능성이 큰 에너지원으로 세계적으로 대규모의 투자와 연구를 집중하고 있다. 에너지 효율 제고를 통한 지구 온난화방지, 대기 환경 보호, 대체 연료 사용, 기술의 다각적 활용 가능성 측면에서 각국 정부의 지원하에 대중 교통용 연료전지 시스템이 개발되고 있으며 연료전지 시스템에 의한 대중교통 수단이 실용화될 경우 자동차로 인한 환경오염과 에너지 소비 문제를 완화할 수 있을 것으로 기대된다. 도시의 순환 정기노선을 연료전지 시스템으로 운행되는 궤도 차량화 하여 내연기관 버스에 의한 도심 공기 오염 문제를 해결하고 화석연료 에너지원으로부터 다변화를 이룰 수 있다. 또한 국내의 연료전지 산업의 인프라 구축을 통하여 대체 에너지원으로서 국가중점 사업의 일환인 에너지 산업의 거점화가 가능하다. 도심을 운행하는 내연기관 자동차로 인한 환경오염과 에너지 소비 문제를 완화할 수 있을 것으로 기대되며, 대중교통 수단에 탑재될 정도로 가격, 성능, 안전성 측면에서 연료전지 시스템 제작 기술이 완성되면, 선박, 건물, 일부 지역 등의 소규모 발전이 필요한 모든 곳, 잠수함과 저소음 차량 추진, 이동통신 등과 같은 군사적 목적으로도 활용될 것이다.
9. 참고문헌
⑴혼마 다쿠야, [연료전지의 활용], 전파과학사, 2007년
⑵차일남 외 9명, [연료전지 자동차], 아진, 2005년
⑶한국가스안전공사, [http://www.kgs.or.kr/]
⑷에너지 관리공단, [http://www.kemco.or.kr/]

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