연료전지의 종류와 발전 설비 구성

연료전지의 종류와 발전 설비 구성

1. 여러 연료전지의 개략적 분류

다양한 종류의 연료 전지가 개발되고 있으나 일반적으로 이온 전도체인 전해질의 종류에 따라 알카리 연료전지, 인산 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고체전해질 연료전지 및 고분자 전해질 연료전지의 5종류로 구분되며 종류에 따라 작동 온도의 특성이 각각 다르다.
알카리 연료전지는 특수 분야에서 이미 이용 중인 기술이지만 순수 수소와 산소를 사용하기 때문에 높은 전류 밀도를 얻을 수 있는 장점은 있으나 가격이 비싼단점으로 일반 에너지기술로서의 경쟁력은 없다. 기술적으로 실용화 단계에 있는 인산 연료전지는 반응열을 회수하여 건물의 난방용 등에 사용할 수 있으며 ‘90년대 중후반부터 우리 생할주변에 다양하게 사용될 것으로 전망된다. 고온에서 작동하는 용융탄산염 및 고체전해질 연료전지는 기술적으로 개발단계에 있으며 높은 온도의 반응열을 이용한 증기 터빈과의 복합발전도 가능하다.

2. 발전 원리와 기본 구조

연료전지의 기본구조는 다공성의 두 개의 전극 사이에 이온 전도성을 갖는 전해질이 들어 있으며,전극과 전해질의 접촉면에서 이루어지는 전기화학반응에 의해 발생되는 전자(e_)가 외부회로를 통해 흐르면서 발전이 이루어진다. 이러한 기본단위를 단위전지(single cell)라고 부르며 연료전지 종류별로 단위전지가 전지를 발생시키는 개념은 그림 1에 요약된 바와 같다.
단위전지의 표준기전력(E)은 전지내 전기화학반응에서의 Gibbs의 자유에너지변화(??G), 전자수(n) 및 Faraday 상수(F)에 의해 E =- ??G/nF로 주어진다. 수소/산소 연료전지의 경우 단위전지당 이론적 기전력은 1.23볼트(V)이나 실제 발전에서는 외부회로와 연결시 0.6~0.7V에서 200~300 mA/cm2의 전류밀도를 얻는다.

3. 연료전지발전 설비 구성

직류로 발전하는 연료전지는 필요…