Fuel Cell   연료 전지

1. 연료 전지

  ㅇ 연료의 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환
     - 연료(수소)와 산화제(산소)를 전기화학 반응시켜, 직접 발전 또는 열 생산
        . 부산물로써 전기,열,물이 동시에 발생됨
     - 물의 전기분해의 역 전기화학 반응임
       

2. 연료 전지와 기존 방식과의 주요 차이점

  ㅇ 기존방식 : 화석연료로부터, 화학에너지 -> 열에너지 -> 기계적에너지 -> 전기에너지
     - 대기 오염 심화, 화석연료(석유 등) 고갈 등

  ㅇ 연료 전지의 연료로써의 수소는, 다른 연료와 달리, 
     - 일산화탄소(CO) 등 오염 물질을 생성 안함 (물과 열에너지 배출)
        . 천연 가스,메탄올 등의 연료로부터 `수소`를 취득되고,
        . `산소`는 대기 중에 포함되어 있는 것으로부터 얻어짐
     - 결과적으로, 연료를 태우지(연소) 않으므로 환경 보호에 기여


3. 연료 전지에서, `전극 물질`

  ㅇ 산화되는 전극 물질 (양극) : 연료 (수소)
  ㅇ 환원되는 전극 물질 (음극) : 공기 (산소)

  ※ 만일, 수소,산소를 전극 없이 직접 혼합시켜 점화시키면, 
     - 폭발적으로 대량의 열 만 발생됨


4. 연료 전지의 화학반응 例)

  ㅇ 2H2 + O2 → 2H2O + 열(237.2 kJ/mol) + 전기에너지
     - (양극, 수소의 산화반응)  2H2 → 4H+ + 4e-
     - (음극, 산소의 환원반응)  O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O


5. 연료 전지의 특징
 
  ㅇ 고 효율, 열병합, 무 공해, 무 소음, 묘듈화, 다연료 등
     - 발전 효율이 대단히 좋음 (40 ~ 60%)
        . 이에 열병합 발전(CHP, Combined Heat and Power)도 병행하면,
        . 에너지 효율을 80%까지 올릴 수 있음
     - 부산물로써 전기,열,물 만이 만들어져 무 공해
     - 기계적 동작이 아니므로 소음 없음

  ㅇ 촉매 필요
     - 촉매(주로, 백금 기반)가 전기화학 반응을 촉진하여 성능을 향상시킴
     - 단, 백금은 희귀성, 높은 가격 및 일산화탄소(CO) 중독 문제로 인해 사용성 제한됨

  ㅇ 수소의 취득
     - 안정된 수소 생산 기반 이전까지는, 
     - 메탄올,에탄올,메탄,화석연료 등 다양한 기존 연료를 이용하고, 
     - 많은 에너지를 사용하여, 수소를 만들어냄으로써, 
     - 아직까지는 친환경이라고 말하기 어려움

  ㅇ 표준화 작업 : 국제전기기술위원회(IEC) 등


6. 연료 전지의 종류

  ㅇ AFC (Alkcaline Fuel Cell)  :  우주선, 군사 장비 등에 사용되며 높은 효율을 가짐
     - 작동 온도 (60~90℃), 효율 (50~60%)
  ㅇ PAFC (Phosphric Acid Fuel Cell)  :  상업용 및 대형 발전에 적합
     - 작동 온도 (150~220℃), 효율 (40~50%)
  ㅇ MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell)  :  고온 작동으로 대형 발전소에 유리
     - 동작 온도 (600~700℃), 효율 (45~55%)
  ㅇ PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)  :  자동차, 휴대용, 소형 발전 등에 활용
     - 작동 온도 (50~100℃), 효율 (40~50%)
  ㅇ SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)  :  발전소, 고 효율 열병합 시스템
     - 작동 온도 (700~1,000℃, 고체 산화물에 의해 높은 작동 온도를 가짐), 효율 (50~60%)