연료전지의 원리, 종류 및 연료전지의 장단점

소개

연료전지의 기본원리, 연료전지의 역사, 연료전지의 장단점, 연료전지의 종류, 연료전지의 이론전위와 이론효율, 연료전지 효율의 손실, 해외의 연료전지 개발현황 등에 대하여 서술하였습니다.

목차

1. 연료전지의 기본원리

2. 연료전지의 역사

3. 연료전지의 장단점
1) 연료전지의 장점
2) 연료전지의 단점

4. 연료전지의 종류
1) 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell)
2) 알카리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell)
3) 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)
4) Solid Oxide Fuel Cell (고체산화물형 연료전지)
5) 고분자전해질형 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)
6) 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)

5. 연료전지의 이론전위와 이론효율
1) 연료전지의 이론 전위
2) 연료전지의 이론 효율

6. 연료전지 효율의 손실
1) 활성화 손실
2) 저항 및 농도 손실

7. 해외의 연료전지 개발현황
1) 일본
2) 미국
3) 유럽

참고자료

본문내용

1. 연료전지의 기본원리

1839년 초에 윌리엄 그로브(William Grove)는 수소와 산소로부터 전기를 만들어내기 위해서 물의 전기분해를 반대로 뒤집음으로써 연료전지의 기본적인 작동원리를 발견하였다. 연료전지는 연료와 산화(酸化)제가 공급되는 동안 화학적 에너지를 전기적인 에너지로 연속적으로 변환시키는 전기화학적인 발전장치(發電裝置)이다. 아래 그림은 연료전지의 전기발생 원리를 나타낸다. 연료극(anode)에서 수소(H2)가 수소이온(H+)과 전자(e)로 분해된다. 수소이온(H+)은 전해질을 거쳐 공기극(cathode)으로 이동하게 되고 이때 전자(e)는 외부회로를 거쳐 전류를 발생한다. 공기극(cathode)에서 수소이온(H+)과 전자(e),산소()가 결합해 물()을 생산한다.

< 중 략 >

6) 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell)
연료로 수소를 사용하는 연료전지의 경우 전지의 에너지 밀도가 큰 특성이 있으나 수소 가스의 저장과 수송에 주의를 요하는 문제점을 가지고 있다. 또한 수소가스는 일반 탄화수소 계열 연료로부터 고온의 수증기를 가해서 촉매반응에 의해 개질하는 개질 장치가 필요하다. 이러한 이유에서 출력이 비교적 작은 이동용 전원이나 벽지 등의 소규모의 발전장치로서는 사용이 제약되기 때문에 비교적 출력이 큰 전력용 발전장치(수십 kW급 이상)에 검토되고 있다.
이에 반하여 직접메탄올 연료전지는 고분자전해질형과 같은 형태를 가지고 있으며, 사용되는 연료가 가스형태가 아닌 methanol 용액을 이용하기 때문에 연료개질기가 필요 없게 되어 전체 시스템이 간단하며, 에너지 밀도가 기체에 비하여 다소 낮으나 연료의 취급이 용이하고 운전온도가 255∼120 ℃의 저온이라는 장점을 가진다. 그러나 반응속도가 낮아 출력밀도가 낮고 다량의 백금촉매가 사용되며, methanol과 산화제의 crossover 등의 문제점을 가지고 있다. 연료로 사용되는 메탄올은 주로 천연가스에서부터 합성되며 최근에는 석유에너지 대체 면에서 자동차 및 발전용 연료로서도 검토가 진행 중이다. 이러한 배경에서 금후 비약적인 메탄올의 생산 신장이 예상되며, 연료의 가격절감이 예상되므로 메탄올 연료전지는 범용전원으로서 큰 신장이 기대되고 있다.

참고자료

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· 서인영&#8228;정홍주&#8228;이정민, 연료전지시스템용 전력변환 기술, 전력전자학회 학회지, 제12권, 제4호, 2007.
· 오인환 외, 화학공업과 기술, 1998.
· 최경환 외, 화학공학, 1996.
· 최세완, 연료전지 발전 시스템에서의 전력전자 기술, 전력전자학회지 특집기사, 2003.
· 한국에너지기술연구원, 축산폐기물 바이오가스 이용 발전 타당성 조사 용역, 2001.
· 한동화 외, 연료전지용 풀브릿지 컨버터 효율분석, 전력전자학회 학술대회 논문집, 2008.