수소저장합금

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수소저장합금에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

』고 설명했다.
연구팀이 개발한 지르코늄계열의 수소저장합금은 기존 고압탱크(120기압)에 수소를 저장하는 것보다 5배 이상 많은 수소를 저장할 수 있고 저장압력을 10기압 이하로 자유로이 조절 가능해 큰 열량을 얻을 수 있으며 가벼우면서도 안정성이 우수하다.
연구팀은 우선 자동차용 에어컨시스템으로 개발, 시험결과 20㎏의 수소 열교환기로 3500㎉/h의 열량을 얻는 데 성공했다고 밝혔다.
이재영 교수는 『신 물질은 수소와 가역반응을 통해 상온에서 1분 이내에 반응하기 때문에 가정용으로 상용화할 경우 제조원가가 기존 냉난방기에 비해 50% 수준으로 낮고 소비전력도 절반 정도면 가능하다』며 『수소반응열을 이용하는 환경친화적 제품으로 오는 2003년 자동차용 에어컨 개발에 이어 가정용 에어컨 및 냉난방 시스템, 냉장고, 산업용 냉동고 등으로 적용을 확대해 나갈 계획』이라고 말했다.
일반적으로 수소저장합금에 대한 연구는 주로 수소연료전지 자동차의 수소공급시스템과 관련해 진행돼 왔으며 수소저장합금을 이용한 냉난방시스템에 관한 연구는 주로 폐열을 이용한 수소의 이동원리를 적용해 왔으나 냉방출력에 문제가 있어 상용화에 실패한 것으로 알려졌다. 또 CFCs, HCFCs 등 HFC계열 대체냉매의 경우 가격이 높고 냉방능력이 떨어져 차세대 대체냉매로 아직 사용되지 않고 있으며 CO₂, NH₄, 프로판가스를 비롯한 자연냉매의 경우 에너지효율이 낮은 데다 안정성이 떨어져 활용에 어려움을 겪고 있다.
▲ 연료전지란 무엇인가?
1) 정의
연료전지는 연료(수소)의 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 직류 전류를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)로 정의되며, 종래의 전지와는 다르게 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산한다.
2)연료전지의 기본 개념
연료전지 개념도
연료전지의 기본 개념은 수소와 산소의 반응에 의하여 생성되는 전자의 이용으로 설명할 수 있다. 위의 그림에서 보는 바와 같이 수소는 Anode를 통과하고 산소는 Cathode를 통과한다. 수소는 전기 화학적으로 산소와 반응하여 물을 생성하면서 전극에 전류를 발생시킨다. 전자가 전해질을 통과하면서 직류 전력이 발생하며 열도 부수적으로 생산된다. 직류 전류는 직류 전동기의 동력으로 사용되거나 인버터에 의해 교류 전류로 바꾸어 사용된다. 연료전지에서 발생된 열은 개질을 위한 증기를 발생시키거나 냉난방 열로 사용될 수 있으며, 사용되지 않을 경우에는 배기열로 배출된다.
연료전지의 연료인 수소는 순수 수소를 이용하거나, 메탄이나 에탄올 같은 탄화수소를 이용하여 개질이라는 과정을 통해 생산된 수소를 이용한다. 순수한 산소는 연료전지의 효율을 높일 수 있지만 산소 저장에 따른 비용과 무게가 증가하는 문제가 있다. 따라서 공기 중에 산소가 많이 포함되어 있으므로 효율은 좀 떨어지지만 공기를 직접 이용한다. 종합적으로 다음과 같은 반응에 따라 전기와 열 및 물이 생성된다.
Anode : H2 -→ 2H+ + 2e-
Cathode : O2 + 2H+ + 2e- -→ H2O
Overall : H2 + O2 -→ H2O + 전류 + 열
전해질은 한 전극에서 다른 전극으로 수소 이온을 전달해 주는 역할을 한다. 이온전달의 저항을 최소화 해주기 위하여 전해질막은 전극이 접촉되지 않는 범위에서 가능한 얇게 한다. 촉매는 전극의 반응을 향상시킨다. 2개의 전극으로 구성된 단위 셀은 이론적으로 전압을 1.23Volt 까지 생성시킬 수 있으나, 실제는 0.7V 정도를 생산한다. 연료전지는 필요한 전압을 위하여 겹층으로 구성한다. 요구되는 출력을 얻기 위해 표준 크기의 스택을 직렬로 연결하여 상용연료전지를 구성한다.

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