본문/내용
용융탄산염 연료전지
1. 요소기술
용융탄산염 연료전지는 고온에서 작동되고 부식성이 높은 탄산염 분위기를 접하고 있으므로 구성요소의 안정성이 전지 성능 및 수명에 가장 중요하며 이를 위하여 전극, 전해질 Matrix, 분리판 등의 구성요소 제조기술, 단위전지의 운전기술, 재료특성 연구 등이 확립되어야 한다.
용융탄산염 연료전지 개발에는 균일한 두께와 기공특성을 지니는 대면적 구성요소의 제조기술이 필요하며 현재 외국의 용융탄산염 연료전지 개발회사의 대부분은 전극 및 전해질 Matrix를 Tape casting법을 사용함으로써 소형 제조기술에서 대형 제조기술로의 Scale-UP작업을 완료하였다. 대형 전극 및 전해질 Matrix는 1m 정도의 폭에 수십 m의 길이로 제조되고 있으며 분리판의 경우도 대형 및 대량생산 장치를 가동하고 있다. 전극, 전해질 Matrix 및 분리판을 포함한 단위 Cell의 두께는 5 mm이하여며 면적은 현재 1m2정도이다. Cell 면적의 대형화와 관련하여 국내에서 수행되어야 할 연구과제는 분체의 최적화, 슬러리의 안정성 및 공정 최적화, 오차 0.01mm이내의 연속적 Casting 방법 개발. 대면적 구성요소의 건조 및 Sintering장치 개발, 분리판으로 사용되는 Stainless steel 박판 가공 및 용접 등이 있다. 특히 용융탄산염 연료전지의 경우 부식성이 강한 분위기에서 작동되므로 내식성 재조기술의 개발은 필수적이며, 이와 함께 대체전극 개발 및 분리판의 가격 저렴화에 대한 연구도 병행하여야 한다.
2. 적층기술
용융탄산염 연료전지 적충기술은 요소기술 및 Cell대면적화 기술과 함께 용융탄산염 연료전지 발전시스템 개발을 위한 핵심기술이다. 이 기술에 대해서는 국내에서의 경험이 전혀 없으므로 많은 시행착오를 겪으면서 기술축적이 이루어질 것으로 보인다.
용융탄산염 연료전지 Stack은 연료와 공기의 공급 방…
3. 석탄가스화 연계기술 개발
4. 주변기기 개발
5. 시스템 종합
산염 연료전지 발전시스템은 투자와 효율면에서 석탄가스화 병합 발전 (intergrated gasfier-combined cycle : IGCC) 등 다른 프로세스와 경쟁이 가능하며, 연료전지 발전시스템의 경우 환경오염 문제가 없는 등의 여러 장점을 고려할 때 개발의 타당성이 있다. 이 경우 전력효율은 50 % 정도로 예상된다.
4. 주변기기 개발
용융탄산염 연료전지 발전시스템은 기본적으로 연료전지, 연료가스 처리장치, 배열회수장치, 직교류변환장치 등을 구성되어 있다. 이중 천연가스 개질시스템 및 전력변환시스템은 인산 연료전지와 공동으로 사용이 가능하나, 고온에서 작동되는 용융탄산염 연료전지는 인산형과는 다른 내열성 주변기기들을 필요로 한다. 연료전지 본체 주변에는 가스 환류 장치에 사용되는 고온 blower, 냉각용 열교환기, CO2공급 및 분리장치, 수분분리장치, 탄산염 Scrubber등이 필요하며, 양질의 폐열을 이용하여 발전의 총 출력을 증가시키는 배열 회수계에는 터빈 압축기, 증기터빈, 열교환기, 교류 발전기 등이 필요하다.
5. 시스템 종합
용융탄산염 연료전지 발전시스템은 사용연료의 종류, 이용형태, 규모에 따라 여러가지가 있을 수 있으나 주로 설계에 고려되는 시스템은 100~300kW급 현지 설치형 (천연가스 원료), 2~3 MW급 분산배치형 (천연가스 원료), 100~500MW급 중앙공급형 (석탄가스 원료) 등이 있다. 용융탄산염 연료전지 발전시스템의 최종 상업화가 가능하기 위해서는 이들 각 시스템 전체에 대한 시장성 조사, 설계, 설치, 운전특성 연구, 최적화 등이 확립되어야만 한다.