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“연료전지” 란 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지이다. 점점 에너지와 환경의 중요성이 커지고 있다. 그래서 대체에너지랑 하이브리드 자동차 같은 말이 떠오른다, 연료전지란 도대체 어떤 원리로 발전하고 현재 어느 정도까지 개발이 완료된 상태인지도 알아본다.
21세기 자동차로 가장 선두주자라면 모두 연료전지를 꼽는다. 특히 에너지 자원이 전무한 우리나라의 경우 에너지 기술개발의 중요성은 아무리 강조하여도 지나칠 수 없다. 국내 에너지 현안문제는 크게 에너지 수급구조의 불안정성 심화, 석유 의존도의 급격한 증가, 에너지 소비의 고급화 추세, 환경요인 증대 및 투자제약 요인 심화, 에너지 다소비형 산업구조, 에너지 산업의 경쟁력 제고 필요성 증대 등으로 집약할 수 있다. 1997년 에너지 수입액은 우리나라 총 수입액의 14%에 해당하는 271억 달러에 달하고 있어 국민경제에 에너지 부담이 과중한 상황이다. 하지만 전기분해의 역반응의 원리를 이용하는 연료전지의 경우 그 기술력이 문제이지 자원의 문제는 아니라고 할 수 있다.
우리나라에서도 연료전지 기술개발의 중요성을 인식하여 국가의 대체에너지 개발사업 및 선도기술 사업을 통하여 연료전지 분야를 중점지원 사업으로 선정하여 한전의 전력연구원, 국책연구소, 대학, 민간기업이 참여하는 형태로 개발 연구가 진행되어 오고 있다. 더욱 자세한 사항은 다음에 알아보기로 하고 이 연료전지는 어떠한 원리로 작동되는지 살펴보도록 하자.
□연료전지 발전원리
? 연료극(양극)에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리
? 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동하며 전기 생성
? 공기극(음극)쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물(물)을 생성
⇒최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열생성
주) 1.전해질은 한 전극에서 다른 전극으로 수소 이온을 전달해 주는 역할을 하며 이온전달의 저항을 최소화 해주기 위하여 전해질막은 전극이 접촉되지 않는 범위에서 가능한 얇게함.
2. 촉매는 전극 의 반응을 향상시며 2개의 전극으로 구성된 단위 셀은 이론적으로 전압을 1.23Volt 까지 생성시킬 수 있으나, 실제는 0.7V 정도를 생산함.
3. 따라서 연료전지는 필요한 전압을 위하여 겹층으로 구성하며 요구되는 출력을 얻기 위해 표준 크기의 스택을 직렬로 연결하여 상용연료전지를 구성함.
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4.활용방안
5.연료전지 적용 사례
6.해외 현황
제 등 상용화를 위해선 아직 해결해야 할 기술적 난제가 존재.
? 연료전지에 공급할 원료(ex 수소)의 대량 생산과 저장, 운송, 공급 등의 기술적 해결이 시급하고 연료전지의 상용화를 위한 인프라 구축 역시 미비한 상황.
? 그동안 화석연료 에너지 체제에 익숙해져 있기 때문에 새로운 형태의 에너지 시스템에 대한 국민들의 인식 부족.
4.활용방안
? 연료전지는 소규모의 휴대용 전자기기(노트북, 휴대폰, 단말기 등)부터 스쿠터, 승용차, 항공기 등의 수송용은 물론 가정용, 발전용 등의 대형 전기발전장치에 이르기까지 넓은 영역에 걸쳐 적용가능
5.연료전지 적용 사례
◀ 도시바의 연료전지 노트북
▲히타치의 연료전지로 구동되는 휴대용 정보 단말기
◀연료전지 핸드폰
노키아 연료전지 헤드셋▶
◀ BMW 연료전지자동차
◀ 가정용 연료전지
6.해외 현황
<기술개발현항 및 분석>
? 선진국 연료전지기술은 이미 실증연구 및 실용화단계에 와 있으며, 미국과 일본이 실용화 기술을 보유하고 있는 실정
-정부가 적극 지원, 기업이 모든 기술을 보유하고 있기 때문에 핵심기술은 기업 비밀로 되어있는 상황
-실용화단계 : 인산형으로 100kW, 200kW급 분산형 전원이 전 세계적으로 200기 이상 보급되어 있고 MW급 발전소 실용화 추진 중이며, 고분자 전해질형은 7.5kW급이 가정용으로 실증단계를 거쳐 실용화 단계에 있음
-실증연구단계 : 용융탄산염형으로 280kW급을 모듈형으로 2~11 MW급 발전플랜트 실증실험을 완료
-기술개발단계 : 고체산화물형으로 250kW급 모듈형 개발
? 기존 기술과 경쟁성 확보를 위해 설비 단가를 감소시키는 등 경제성 확보에 주력하고 있는 상황
-저가격화 : 재료 저가격화, 부품 공용 및 표준화, 유지 및 운전비용 저감, 열병합화,