연료전지에 대한 조사 보고서

목차

1.서문

2.연료 전지의 특징

3. 연료전지의 작동원리

4. 연료전지의 종류

5. 연료전지 적용 사례

본문내용

므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다
④ 직접 메탄올 연료전지(Direct-Methanol Fuel Cells)
직접메탄올 연료전지(DMFC)는 연료전지는 그림에 도시된 바와 같이, 고분자 전해질 막을 사이에 두고 양쪽에 각각 애노드와 캐소드가 위치한다. 애노드에서는 메탄올과 물이 반응하여 수소이온과 전자를 생성한다. 생성된 수소이온은 전해질 막을 통해 캐소드 쪽으로 이동하고, 캐소드에서는 수소이온과 전자가 산소와 결합하여 물을 생성시킨다. 이때, 전자는 외부회로를 통과하게 된다.
실제 사용시에는 출력을 높이기 위해 이러한 단위전지를 여러 개 묶어서 스택을 만들어 사용하는데, 일반적인 연료전지의 스택에서는 bipolar plate를 사용하지만, 마이크로 연료전지에서는 monopolar plate를 사용하게 된다.
전해질로 고분자 막을 사용한다는 점에서 양성자 교환 막과 비슷하지만 양극 촉매 자체가 액체 메탄올에서 수소를 얻을 수 있기 때문에, 연료를 다시 재생 시켜주어야 할 필요가 없다. 일반적으로 약 화씨 120에서 190도 씨 정도에서 운전할 때 이 전지의 효율은 약 40%정도이다. 온도가 높아질수록 효율도 높아진다.
⑤ 알카라인 연료전지(Alkaline Fuel Cells)
가장 초기에 개발된 연료전지로서 NASA 에서 오랜 동안 작업 해왔던 이 전지는 70%까지 동력 재생 효율을 얻을 수 있으며 우주선 전원공급용으로 사용되고 있다. 전해질로는 알칼리 수산화 칼륨을 사용한다. 60～200 ℃에서 운전하는데 KOH 수용액의 수증기압이 낮기 때문에 전해질 양을 유지하기 위해 고압이 필요하고, 고순도의 수소와 산소를 요구하므로 가격이 비싼 단점 때문에 최근 까지도 상용화 되지 못했지만 몇몇 회사들이 가격을 낮추고 운전상의 유연성을 증진시킬 방법을 고안하고 있다.
⑥ MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell)
용융탄산염 연료 전지는 20C 중반부터 연구되기 시작되었고, 모든 탄소질의 연료가 산화과정에서 이산화탄소를 만들어 내는 것을 고려할 때, 연료전지를 위한 용융탄산염의 선택은 상당히 합리적이다. 또 다른 장점은 높은 동작온도(600~700℃)때문에 메탄올을 내부적으로 개질 시키는 것이 가능하다는 것이다. 폐열은 열병합 발전에 사용될 수 있다. 고온은 산소의 환원성을 상당히 높여 많은 양의 촉매나 값비싼 금속 촉매가 필요 없게 해준다. 용융탄산염(보통 LiK 또는 LiNa탄산염)은 LiAlO2 에 고정되어 있으며 기계적인 강도를 위해 Al2O3섬유에 의해 보강될 수 있다. 셀 내에서의 최적 전해질 분포를 찾아내는 것과 전극과 전해질 사이의 게면 경계를 확립하기 위해 모세관의 압력에 균형을 이루는 것 모두 중요하다. 용융탄산염 연료전지는 다양한 종류의 연료로 동작이 가능하며 저온 연료전지와 같이 일산화탄소나 이산화탄소 오염물 생성이 매우 적다.
10 kW 에서 2 MW정도의 용융 탄산염 연료 전지가 다양한 연료로 시험 되어 왔으며, 일본이나 이탈리아 같은 곳에서 성공적으로 사용되어왔다.
구분
PAFC
MCFC
SOFC
PEMFC
DMFC
AFC
전해질
인산
탄산리튬/
탄산칼륨
지르코니아
수소이온
교환막
수소이온
교환막
수산화칼륨
이온전도체
수소이온
탄산이온
산소이온
수소이온
수소이온
수소이온
작동온도 (℃)
200
650
1000
< 100
< 100
< 100
연료
수소
수소, 일산화탄소
수소, 일산화탄소
수소
메탄올
수소
연료원료
도시가스 LPG
도시가스
LPG, 석탄
도시가스 LPG
메탄올, 메탄
휘발유, 수소
메탄올
수소
효율 (%)
40
45
45
45
30
40
출력범위 (kW)
100 - 5,000
1,000 - 10,000
1,000 - 10,000
1 - 1,000
1 - 100
1 - 100
주요용도
분산발전형
대규모발전
대규모발전
수송용동력원
휴대용전원
우주선용전원
개발단계
실증-실용화
시험-실증
시험-실증
시험-실증
시험-실증
우주선적용
5. 연료전지 적용 사례
<도시바의 연료전지 노트북>
<연료전지 스쿠터>
<연료전지 핸드폰>
<연료전지 자동차 (BMW)>
<2MW급 MCFC 발전용 연료전지 시스템 >
<대구 도시가스 가정용 연료전지>

<도시바 1회 충전 60시간 재생 연료전지를 장착한 MP3 플레이어 개발>
<부탄가스를 사용한 연료전지>
<미국 수소 station>

키워드

연료전지,   열역학 2,   연료전지의 종류