연료전지

소개글

연료전지에 대한 보고서 자료입니다.

목차

◎에너지·환경의 해결사 연료전지
(1) 고분자 전해질 연료전지란 무엇인가?
① 정의
② 고분자 전해질 연료전지의 기본개념

(2) 연료전지의 역사

(3) 연료전지의 종류 및 특성
◎연료전지의 종류
①인산형 연료전지 (Phosphoric Acid Fuel Cell)
②알칼리형 연료전지 (Alkaline Fuel Cell)
③고분자전해질형 연료전지 (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
④용융탄산염형 연료전지 (Molten Carbonate Fuel Cell)
⑤고체산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)
⑥직접메탄올연료전지(Direct methanol fuel cells (DMFC))

(4)연료전지의 장점
①저공해 고효율 에너지원이다.
②차세대 에너지원이다.
③새로운 시장 잠재력이 크다.

(5)연료전지의 응용
✵자동차 응용
✵연료전지 잠수함
✵연료전지 노트북 컴퓨터, 휴대전화

(6) 국내·외 고분자 연료전지 관련 기술의 현황
① 국내의 경우
② 국외의 경우
가) 일본 나) 미국, 캐나다 다) 유럽
◎고분자 연료전지 응용분야

(7) 수소 추출방식 경합

(8) 극복해야 할 장벽

본문내용

시킨다는 계획이다.
장혁 박사는 “휴대폰의 배터리는 충전하는 데 시간이 걸리지만, 연료전지를 쓰면 만년필
잉크 카트리지 갈아 끼우듯이 손쉽게 연료를 보충할 수 있고 기존의 리튬이온전지보다 3배 이상 오래 쓸수 있다“고 말했다.
② 정지형 고분자 연료전지(Stationary PEMFC)의 용도
분산용 전원(distributed Power)
설치 장소의 다양성, 소비지에 직접 설치
투자비의 규모에 따른 설비 규모의 가변성(Modularity)*-
부하 변동에 따른 유연한 대처, 극히 적은 송전 비용
고급 전원 공급(무정전, 무변동 고급 전력 공급)
도서지역 공급 전원(remote power)
산간 도서 벽지의 공급 전원
비상 전원 (standby power)
정전 대비 비상 전원
폐열 이용 난방 (cogeneration)
건물 난방, 효율 향상
③ 가정용 고분자 연료전지의 국외 개발 현황
캐나다
Ballard, 250kW, 30kW, 10kW generation systems, 1997. 08 - GEC Alsthom(Europe), 1998. 06 - EBARA Co.(Japan), 1998. 05
미 국
Avista Lab. Inc., US DoC, multi fuel processing, 2kW, 1998. 10 Energy Partners, NUI Co., Epyx 및 DoE, 2kW natural gas, 1998. 12 General Electric과 Plug Power 공동 개발, 7kW system, 1999. 02
일 본
Osaka Gas Co., 1kW Natural gas, 1999. 02 Sanyo Electric, 2kW system (NEDO), 가정용, 1996 Toshiba, 30kW system (NEDO), 빌딩용, 1996
독 일
Bewag, Alsthom, Ballard, 250kW, 1998. 08 first fuel cell house(Machern), 1999. 3 3 house (Hamburg Gas Consult(Hamburg), WINGAS(Ludwigshafen)), 1999. 04
④ 가정용 고분자 연료전지(RPG)
● RPG: Regidential Power Generator
● 발전규모: 1 kW - 10 kW
● 적용범위: 주택, 아파트, 소규모의 식당 및 숙박시설, Telecommunication
(미국 뉴욕주 및 독일 에 40가구 현장 실험중)
● 사용연료: LNG, LPG, Heating Oil 등
● 예상 판매 가격: $ 3,000/(3 kW Stack + 6 kW Battery)
● 상용화 예상 시점: 2001년 이후 (미국 내)
(7)
수소 추출방식 경합
수소를 추출해 내는 방식과 연료선정을 둘러싼 석유,가스,전력 업계의 주도권 쟁탈 경쟁도 치열하다.
연료에 포함된 탄소와 수소를 분리해내는 데는 에너지가 많이 소요된다．때문에 탄소가 많은 가솔린은 수소를 꺼내기 어렵다는 게 단점．반면에 메탄올은 낮은 온도에서도 수소를 발생시킬 수 있지만 가솔린은 높은 온도가 유지돼야 하고 함유된 유황을 제거해야 하는 문제가 있다. 지금까지는 기술적 편리성이 있는 메탄올을 이용한 자동차개발쪽이 우세한 것이 사실.그렇다고 가솔린 쪽의 개발열기가 죽은 것은 아니다.
최근 가솔린에서 직접 수소를 얻을 수 있는 촉매변환장치를 개발하는데 성공한 제너럴 모터스(GM)가 좋은 예．가솔린에서 직접 수소를 얻을 수 있는 이 변환장치는 S자형태로 구부린 지름 10㎝의 튜브에 3개의 촉매제가 삽입돼 있다．
가솔린과 물을 함께 분사해 수소와 일산화탄소(CO)를 만든 다음 다시 공기를 분사해 CO를 CO2로 변환시킨다．풍부한 수소기류는 연료전지에 저장됐다가 그곳에서 전기적으로 변환된다．이 과정에서 가솔린이 지닌 포텐셜에너지가 바퀴를 구동시키는 전기에너지로 변환되는 효율은 40% 정도．순수 수소보다는 효율이 약간 떨어지고 부산물로 CO2를 발생시키지만 일반적인 가솔린엔진 보다는 효율이 50% 정도 높고 훨씬 깨끗하다．또한 물을 사용하면서도 영하의 날씨에서 사용할 수 있고 공회전때나 부하가 낮은 조건에서 효율이 더욱 좋아지는 등 연료전지의 장점을 그대로 갖고 있다는 평가다．
BMW,일본 마쯔다,도요타도 가솔린방식이 갖는 이같은 이점에 주목해 2∼3년내 상용화를 목표로 연구·개발을 서두르고 있다．
한국과학기술연구원 오인환 박사는 “연료전지는 21C 10대 핵심기술의 하나로 매우 다양하게 응용될 것”이라며 “우리나라도 연료전지의 실용화를 위한 종합정책을 수립하고 관련법규를 제정해 전문인력을 양성하고 연료 인프라 구축을 서둘러야 한다”고 말했다.
(8) 극복해야 할 장벽
연료전지가 '차세대 대체 에너지'로 각광 받고 있긴 하지만 아직 넘어야 할 장벽이 많다.
높은 열효율은 실험실에서 이끌어낸 수치일 뿐 현장 운용에서는 아직 그만큼의 효율을 내지 못하고 있고, 기대와는 달리 사이즈도 크며 장시간 사용하는 데 무리가 있다. 자동차를 한번 충전하면 적어도 서울에서 부산까지는 갈 수 있어야 하는데 지금은 대전도 헉헉거릴 정도이다.
이런 문제점을 해결하기 위해서는 연료전지에 사용되는 재료 개선과 연료전지 설계방식 변경 등 일련의 과정이 수반되어야 한다. 연료전지는 어떤 전해질을 사용하는가에 따라 인산 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고체산화물 연료전지, 고분자전해질 연료전지 등 다양하게 분류되는데, 각 연료전지 별로 적용될 수 있고 또 현재 수준보다 훨씬 더 뛰어난 화학물질과 촉매를 만들어내야만 차세대 에너지로 확실한 자리매김을 할 수 있다.
※출 처 :한국에너지기술연구소 연료전지 (http://nfcrc.kier.re.kr/)
연료전지 연구센터(http://fuelcell.kist.re.kr/)
세티(http://www.ceti-fuelcell.com/)
[인터넷] 자료제공 : 한국바스프 웹진/ webzine.basf-korea.co.kr
[인터넷] http://www.konetic.or.kr/koneticreport/analreport/e1ca01/006_4200.htm
[도서] 신문기사(동아일보, 국민일보 등)

키워드

연료전지,   2차전지,   전지