[연료전지] 연료전지의 원리, 종류 및 장단점, 해외의 연료 전지 개발현황

소개글

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목차

1. 연료전지의 기본원리
2. 연료전지의 역사
3. 연료전지의 장단점
1) 연료전지의 장점
2) 연료전지의 단점
4. 연료전지의 종류
1) 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell)
2) 알카리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell)
3) 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)
4) Solid Oxide Fuel Cell (고체산화물형 연료전지)
5) 고분자전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)
6) 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)
5. 연료전지의 이론전위와 이론효율
1) 연료전지의 이론 전위
2) 연료전지의 이론 효율
6. 연료전지 효율의 손실
1) 활성화 손실
2) 저항 및 농도 손실
7. 해외의 연료전지 개발현황
1) 일본
2) 미국
3) 유럽

참고자료

본문내용

사업을 최근 시작했다. 독일 정부가 2006년 제정하고 올 해부터 자금 투자에 나선 `라이트하우스 프로젝트(Lighthouse Project)`에 따르면 독일은 2012년까지 2250기의 연료전지 실증사업을 완료할 계획이다. 유럽의 경우 한국과 일본에 비해 초기 시장 보급은 늦은 편이지만, 독일은 정부 지원 보급 사업을 통해 유럽 시장을 선점하려는 의지를 보이고 있다.
영국의 세레스 파워사는 연료전지를 이용하는 가정용 난방용 보일러들을 영국의 가정에 보급하기 위한 파일럿 프로젝트를 진행하기 시작했다고 발표했다. 특히 연료전지 보일러들에 채용한 새로운 기술은 고체 산화물 기술로서 기존의 제품들보다 상대적으로 낮은 온도에서 연료전지가 작동되도록 하여 내부 구조에 필요한 물질들이 적어지고 최종 제품의 크기가 작아진다고 발표했다. 세레스사와 비슷한 시스템을 개발하고 있는 스위스의 연료전지 회사인 헥시스(Hexis)사는 스위스와 독일에서 연료전지 난방 시스템의 현장 실험을 성공적으로 완료하였다고 발표했다. 2007년에 현장 실험이 시작된 이후에 4기의 갈릴레오(Galileo)연료전지 난방 시스템들은 유럽의 대형 에너지 관련 회사들인 E.ON 에너지(Energie), EnBW, 에너지 베이든(Energie Baden Wurttemberg AG), GVM 가스베르분트 미텔랜드(Gasverbund Mittelland) 등에 설치되어 실험되고 있다.
헥시스사의 고체 산화물 연료전지(SOFC)는 세라믹 물질로 만들어진 셀과 금속 성분의 전자 수집 시스템으로 되어 있다. 두 물질들은 평면으로 되어 있으며 중심에 원형 구멍이 나 있다. 대략 60개의 셀과 전자 수집기들이 연료전지 스택을 구성하게 된다. 금속 연결기는 스택에 있는 각각의 세그먼트들 간의 전자 접촉을 가능하게 하며 전극 표면에 있는 가스들을 분산시키는 효과가 있다. 또한 공기 흐름과 가스 흐름의 접촉을 막으며 유기적으로 스택에 후연 지역(After burning zone)이 가능하게 해준다. 연료는 전지의 음극에서 외부로 배출되며 미리 가열된 공기는 연료전지의 외부에서 연료전지 스택의 내부로 흐른다. 음극에서 전환되지 않은 연료는 연료전지 스택의 끝에서 연소된다.
실험실 규모 실험에서 헥시스사는 연료전지 수명의 획기적인 향상을 보여주었다. 그러나 일반 소비자들이 이용하기까지 난방 시스템의 핵심 설비인 연료전지의 신뢰성과 수명에 대한 높은 표준은 반드시 달성되어야 한다. 이같은 목표를 달성하기 위해서는 실제 상황 하에서 얻어지는 충분한 실험 경험이 필요함과 동시에 추가적인 개선이 요구된다. 현장 실험을 통해서 얻은 결과는 연료전지의 내구성과 성능을 향상시키기 위한 개발에 직접 이용된다. 연료전지 스택들의 내구성의 확실한 개선은 헥시스 연구소에 있는 갈릴레오 모델의 실제 실험을 통해서 이루어졌다. 헥시스사는 물질들과 시스템 기술에 대한 장기 운전 실험에 대한 이해는 새로운 개선을 이끈다고 주장했다. 비록 새로운 기술이 빠르게 이용될 수 있으나 연료전지 난방 설비들의 상업용 이용의 증가는 대략 2011년까지는 가능하지 않을 것으로 전망했다. 이는 연료전지 수명이 40,000 시간 또는 5년 이상의 운전이 통계적으로 증명되어야 하기 때문이다. 헥시스사의 연료전지 난방 시스템은 대략 110 가구에 설치되었으며 지금까지 150만의 운전 시간을 기록하였다. 시험되고 있는 갈릴레오 난방 시스템은 단일 가구의 가스 보일러를 교체하고 전기를 생산한다.
이 시스템은 효율적이며 오염물 배출이 매우 낮고 조용하게 작동하며, 연료전지에서 배출되는 폐열로 집을 난방하거나 온수로 이용한다. 갈릴레오는 기능과 구성 설비들이 복합되어 있고 단순화되어 있어서 난방 산업계에서 표준으로 정한 설비들을 이용하기 때문에 기술 서비스가 쉽다.
2004년에는 수소와 연료전지 협력기구(HY-CO)가 EU자금 지원으로 설립되었다. HY-CO 프로젝트는 EU 18개 국가와 21개 파트너로 구성되었으며 이 기구 설립 목적은 수소와 연료전지 국가 프로그램의 연구개발과 체계적인 정보교환이다. 2008년에 HY-CO 파트너들은 공공기관과 기업연구소가 협력하기 위한 적절한 R&D 연구 과제들에 대한 공통적인 요구사항을 계속적으로 출판하였다. 회원국 간에 협의된 수소 및 연료전지 연구개발은 (1) 수소생산, (2) 고체수소저장, (3) PM 연료전지 스택 및 시스템, (4) MCFC 및 SOFC 고온연료전지, (5) 사회-경제적인 관점에서 영향 검토 등을 주제로 하고 있다. 독일 CFC-Solution은 자체 보급망을 통해 300kW급 중형 시스템 보급에 매진하며 동시에 1000kW급 대형 시스템 개발을 추진 중이다.
2003년 미국의 주도로 IPH(Intrnational Partnrship for the Hydrogn conomy)가 설립되었다.IPH는 수소 및 연료전지 기술과 관련된 국제적인 연구개발 및 상업화 기술의 이용에 초점을 맞추고 이를 효율적으로 지원하기 위하여 설립되었으며, 현재 회원국으로는 호주, 브라질, 캐나다, 중국, 인도, 일본, 한국, 뉴질랜드, 러시아, 미국, 이탈리아, 프랑스, 영국, 노르웨이, 독일, 아이슬란드 및 EU연합 등 17개 국가로 구성되어 있다.이 기구는 정부 간의 협정에 의해 이루어지고 프로젝트 수행을 위한 개발활동을 위해서 자금의 집중관리는 없으나 정부와 정부관리들, 정부산하기관들과의 긴밀한 정보교류 협력관계를 유지하고 있다.
참고자료
강인용, 고체산화물 연료전지용 디젤 자열개질 반응기의 성능 향상에 관한 연구, 한국과학기술원 학위논문, 2006.
고영태노용우, 화학공업과 기술, 1994.
서인영정홍주이정민, 연료전지시스템용 전력변환 기술, 전력전자학회 학회지, 제12권, 제4호, 2007.
오인환 외, 화학공업과 기술, 1998.
최경환 외, 화학공학, 1996.
최세완, 연료전지 발전 시스템에서의 전력전자 기술, 전력전자학회지 특집기사, 2003.
한국에너지기술연구원, 축산폐기물 바이오가스 이용 발전 타당성 조사 용역, 2001.
한동화 외, 연료전지용 풀브릿지 컨버터 효율분석, 전력전자학회 학술대회 논문집, 2008.

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