연료전지 발전시스템

Fuel cell

연료전지 원리

물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생하는 원리를 역으로 이용하여 수소와 산소의 화학반응으로 전기를 생산하는 친환경 수소 발전기술

공기극에서 산소의 환원반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 발전기술

공기극 : 산소의 환원반응에 의해 산소이온 생성

전해질 : 산소이온이 공기극에서 전해질을 통과하여 연료극으로 이동

연료극 : 전해질을 통해 이동한 산소이온과 연료극에 공급된 수소가 반응하여 물 생성

전기생성 : 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 원리

연료전지 구성

연료전지 역사

1838
1838

연료전지 현상 연구 시작(Christian Friedrich Schonbein, 독일)

1893
1893

연료전지 구성요소 발견(Friedrich Wihelm Ostwald, 독일)

1921
1921

용융탄산염 연료전지 개발(Emil Baur, 독일)

1933
1933

최초의 실사용 가능한 연료전지 개발(Thomas Francis Bacon, 영국)

1939
1939

니켈 전극을 사용한 연료전지 개발(Thomas Francis Bacon, 영국)

1955
1955

이온교환막 고분자전해질 연료전지 개발(Thomas Grubb, 미국)

1958
1958

알칼리 연료전지 개발(Thomas Francis Bacon, 영국)

1961
1961

인산형 연료전지 개발(G.V. Elmore / H.A. Tanner, 미국)

1969
1969

아폴로 11호 우주선 연료전지 탑재

1980
1980

환경문제 대두 이후, 다양한 분야로 활성화

연료전지 종류

구분고온형 연료전지저온형 연료전지
용융탄산염
(MCFC)
고체산화물
(SOFC)
인산염
(PAFC)
알칼리
(AFC)
고분자전해질형
(PEMFC)
직접메탄올
(DMFC)
작동온도550~700°C600~1,000°C150~250°C50~120°C50~100°C50~100°C
촉매회티타늄니켈백금니켈백금백금
전해질탄산염세라믹인산염수산화칼슘이온교환막이온교환막
전력생산효율45~5050~6040~45<40
설치용도대규모발전,
중•대형 건물
대규모발전,
소•중•대용량
중형건물우주발사체수송용, 가정용,
휴대용 전원
휴대용 전원
특징발전효율 높음,
내부개질 가능,
열병합대응 가능
발전효율 높음,
내부개질 가능,
복합발전 가능
CO내구성 큼,
열병합대응 가능
저온작동,
고출력밀도
저온작동,
고출력밀도
구분용융탄산염
(MCFC)
고체산화물
(SOFC)
작동온도550~700°C600~1,000°C
촉매회티타늄니켈
전해질탄산염세라믹
전력생산효율45~5050~60
설치용도대규모발전,
중•대형 건물
대규모발전,
소•중•대용량
특징발전효율 높음,
내부개질 가능,
열병합대응 가능
발전효율 높음,
내부개질 가능,
복합발전 가능
구분인산염
(PAFC)
알칼리
(AFC)
작동온도150~250°C50~120°C
촉매백금니켈
전해질인산염수산화칼슘
전력생산효율40~45
설치용도중형건물우주발사체
특징CO내구성 큼,
열병합대응
가능
구분고분자전해질형
(PEMFC)
직접메탄올
(DMFC)
작동온도50~100°C50~100°C
촉매백금백금
전해질이온교환막이온교환막
전력생산효율<40
설치용도수송용,
가정용,
휴대용 전원
휴대용
전원
특징저온작동,
고출력밀도
저온작동,
고출력밀도

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