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연료전지 종류 정리 상편

연료전지 종류 정리 상편 MCFC PEMFC

이번에 준비한 연료전지 종류 정리 상편 내용은 MCFC와 PEMFC에 관한 설명입니다. 하편은 SOFC, DMFC, DEFC, PAFC 등을 정리하여 알려드리겠습니다.

용융 탄산염 연료전지 (Molten Carbonate Fuel cell, MCFC)

통상 2 세대 연료전지로 불리는 용융 탄산염 연료전지(MCFC)는 다른 형태의 연료전지와 마찬가지로 높은 열효율, 높은 환경친화성, 모듈화 특성 및 작은 설치 공간이라는 장점이 있습니다.
  • 650도씨의 고온에서 운전되기 때문에 인산형 연료전지(PAFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)와 같은 저온형 연료전지에서 기대할 수 없는 추가적인 장점들을 갖고 있습니다.
  • 고온에서의 빠른 전기화학반응은 전극 재료에 쓰이는 촉매로서 백금 대신 저렴한 니켈의 사용을 가능하게 하여 경제적인 생산이 가능합니다.
  • 백금 전극을 이용할 경우 백금 성분에 독성 물질로 작용하는 일산화탄소마저도, 니켈 전극을 이용할 경우 수성가스 전환반응을 통하여 연료로 이용할 수 있게 됩니다.

따라서 일산화탄소를 발생시킬 우려가 있어 백금을 이용하는 저온형 연료전지에는 사용하기 힘든 석탄가스, 천연가스, 메탄올, 바이오매스 등 다양한 연료를 MCFC에는 이용할 수 있습니다.
  • 그리고 HRSG(Heat Recovery Steam Generator) 등을 이용한 bottoming cycle로 양질의 고온 폐열을 회수 사용하면 전체 발전 시스템의 열효율을 약 60% 이상으로 제고시킬 수 있습니다.

MCFC의 높은 작동 온도는 연료전지 스택 내부에서 전기화학반응과 연료 개질형 MCFC는 전기화학반응의 발열량을 별도의 외부 열교환기 없이 직접 흡열반응인 개질반응에 이용하므로 외부 개질형 MCFC보다 전체 시스템의 열효율이 추가로 증가하며, 시스템 구성이 간단해집니다.
  • 전해질 = 탄산리튬, 탄산칼륨
  • 이온 전도체 = 탄산이온
  • 작동온도 = 650도씨
  • 연료 = 수소, 일산화탄소
  • 연료 원료 = LPG, 도시가스, 석탄

고분자전해질 연료전지 (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)

수소이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료 전지(PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서, 100도씨 미만의 비교적 저온에서 작동되고 구조가 간단합니다.
  • 빠른 시동과 응답 특성, 우수한 내구성을 가지고 있으며 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있어 자동차의 동력원으로서 적합한 시스템입니다.
  • PEMFC는 무공해 자동차의 동력원 외에도 분산형 현지 설치용 발전, 군수용 전원, 우주선용 전원 등으로 응용될 수 있는 등 그 응용범위가 매우 다양합니다.
  • PEMFC에 대한 연구는 1955년 미국의 GE에서 처음으로 시작되어 1962년에 이미 1 kW 급 PEMFC 스택 2개로 이루어진 모듈을 Gemini 우주선 3호로부터 12호에 사용하였습니다.
  • 이후로 PEMFC를 연료전지자동차 등 민간용으로 응용하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있습니다.

대기 오렴의 주원인인 내연기관 차량을 대체할 수 있는 무공해 자동차로는 배터리를 동력원으로 하는 전기자동차가 각광을 받고 있습니다.
  • 전기자동차 동력원으로서의 배터리에 대한 장단점이 있기에 단점을 보완하기 위하여, 연료전지 구동방식 또는 배터리와 연료전지를 동시에 사용하는 하이브리드 자동차를 구성하고 있습니다.
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