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![사업안내](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.knrea.or.kr%2Fenergy%2Fimages%2Fenergy_title_02.gif) |
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- 연료의 산화(酸化)에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지 |
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- 일종의 발전장치(發電裝置)라고 할 수 있으며 산화 ·환원반응을 이용한 점 등 기본적으로는 보통의 화학전지와 같지만, 닫힌 계내(系內)에서 전지반응(電池反應)을 하는 화학전지와 달라서 반응물이 외부에서 연속적으로 공급 되어, 반응생성물이 연속적으로 계외(系外)로 제거됨. 가장 전형적인 것에 수소-산소 연료전지가 있음 |
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- 수소 외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료(化石燃料)를 사용하는 기체연료와, 메탄올(메틸알코올) 및 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등 여러 가지의 연료전지가 나왔으며 이 중에서, 작동온도가 300 ℃ 정도 이하의 것을 저온형, 그 이상의 것을 고온형이라고 함. 또, 발전효율의 향상을 꾀한 것이나, 귀금속 촉매를 사용하지 않는 고온 형의 용융탄산염(溶融炭酸鹽) 연료전지를 제2세대, 보다 높은 효율로 발전을 하는 고체전해질 연료전지를 제3세대 의 연료전지라고 함 |
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① 연료극(양극)에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리 →② 수소이온은 전 |
해질층을 통해 공기극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이 |
동 → ③ 공기극(음극)쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물(물)을 |
생성 ⇒ 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열생성 | |
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- 발전효율이 40∼60 % 이며, 열병합발전시 80% 이상 가능 - 천연가스, 메탄올, 석탄가스 등 다양한 연료사용 가능 - 환경공해 감소 : 배기가스중 NOx, SOx 및 분진이 거의 없으며, CO2 발생량에 있어서도 미분탄 화력발전에 비하여 20∼40% 감소 - 회전부위가 없어 소음이 없으며, 기존 화력발전과 같은 다량의 냉각수 불필요 - 도심부근 설치가능하여 송배전시의 설비 및 전력 손실 적음 - 부하변동에 따라 신속히 반응하며, 설치형태에 따라서 현지 설치용, 분산 배치형, 중앙집중형 등의 다양한 용도 사용 가능 |
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![개질기](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.knrea.or.kr%2Fenergy%2Fimages%2Fenergy_06_title_101.gif) |
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- 연료인 천연가스, 메탄올, 석탄,석유등을 수소가 많은 연료변환시키는 장치 |
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![단위전지](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.knrea.or.kr%2Fenergy%2Fimages%2Fenergy_06_title_104.gif) |
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- 연료전지 단위전지(Cell)는 기본적으로 전해질이 함유된 전해질 판, 연료극(anode), 공기극(cathode), 이들을 분리 하는 분리판 등으로 구성 - 이 단위전지(Cell)에서 전류를 인출하는 경우 통상 0.6∼0.8V의 낮은 전압이 생성 |
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![스택](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.knrea.or.kr%2Fenergy%2Fimages%2Fenergy_06_title_106.gif) |
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- 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체 |
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![전력변환기](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.knrea.or.kr%2Fenergy%2Fimages%2Fenergy_06_title_108.gif) |
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- 연료전지에서 나오는 직류전기(DC)를 우리가 사용하는 교류(AC)로 변환시키는 장치 |
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알카리형(AFC) |
인산형(PAFC) |
용융탄산염형(MCFC) |
고체산화물형 (SOFC) |
고분자전해질형 (PEMFC) |
전해질 |
수산화칼륨(KOH) |
인 산(H3PO4) |
탄 산 염 (Li2CO3 + K2CO3) |
질코니아(ZrO2+Y2O3) |
이온교환막 (Nafion) |
동작온도 (℃) |
50∼150 |
150∼220 |
600∼700 |
약 1000 |
상온∼100 |
효율(%) |
60 |
36~45 |
45~60 |
50~60 |
40~50 |
시 기 |
수소에너지 이용 시대 |
'90년대후반 |
2010년대 초반 |
2010년대 초반 |
2000년대 초반 |
용 도 |
군사용,위성용 |
전력용, 자가 발전용 |
중.대용량 전력용 |
소·중 .대용량 발전 |
정지용,이동용 | |
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Alkaline Fuel Cell, PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell, MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell, SOFC : Solid Oxide Fuel Cell, PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Cell |
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양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 끌려서 이동하여, 결과적으로는 용액을 통해서 전류가 생김. 이온으로 해리 하는 전리도가 높은 것일수록 전기전도성이 좋은데 이것을 강한전해질이라 하고, 반대의 것을 약한 전해질이라함 |
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(강한전해질 : 알칼리금속의 할로겐화물, 산소산염 등 강한산과 강한염기에 의해서 생기는 염이나 강한산· 강한염 기 그 자체 등. 약한전해질: 아세트산암모늄 등은 전리도가 낮고 약한산·약한염기에 의해서 생기는 것) |
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- 1960년대 군사용(우주선 : 아폴로 11호)으로 개발 - 순 수소 및 순 산소를 사용 |
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- 1970년대 민간차원에서 처음으로 기술개발된 1세대 연료전지로 병원, 호텔, 건물 등 분산형 전원으로 이 용 - 현재 가장 앞선 기술로 미국, 일본에서 실용화 단계에 있음 |
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- 1980년대에 기술개발된 2세대 연료전지로 대형발전소, 아파트단지,대형건물의 분산형 전원으로 이용 - 미국, 일본에서 기술개발을 완료하고 성능평가 진행 중 |
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- 1980년대에 본격적으로 기술개발된 3세대로 MCFC보다 효율이 우수한 연료전지로 대형발전소, 아파트단지, 대형 건물의 분산형 전원으로 이용 - 최근 선진국에서는 가정용, 자동차용 등으로도 연구를 진행하고 있으나 우리나라는 다른 연료전지에 비해 기술력 이 가장 낮음 |
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- 1990년대에 기술개발된 4세대로 가정용, 자동차용, 이동용 전원으로 이용 - 가장 활발하게 연구되는 분야이며, 실용화 및 상용화도 타 연료전지보다 빠르게 진행되고 있음 |
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구 분 |
인산형 |
용융탄산염형 |
고체산화물형 |
고분자전해질형 |
용 도 |
건물, 병원 |
대형건물, 발전소 |
대형건물, 발전소 |
자동차, 이동용, 가정용 |
용 량 |
100kW∼MW 이하 |
MW이상 |
MW이상 |
100W∼100kW 이하 |
건설단가(현재/목표) |
3,000$/kW(1,500$) |
4,000$/kW(1,200$) |
5,000$/kW(1,500$) |
4,000$/kW(1,500$) |
기술개발 |
미국 |
200kW급 제품판매 |
280kW급 스택개발 2MW급 플랜트 실증 |
25kW급 스택개발 250kW급 실증 |
7.5kW급 가정용으로 실증 |
한국 |
50kW급 시스템개발중 |
100kW급시스템개발중 |
100W급 실패 |
5kW급 시스템개발중 |
실용화시기 (미국/한국) |
1999(2006) |
2005(2008) |
- |
2004(2006) |
향후 기술개발 추진 계획 |
- |
2006년까지 250kW급 시스템 개발 |
- |
2006년이후 3kW급 국산화 하여 보급 | |
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대분류 |
중분류 |
소분류 |
기술개발내용 |
대분류 중분류 소분류 기술개발내용 본체제작기술 (STACK) H2와 O2로 전기 화학 반응을 일으키는 장치 (전기,열 생산) 요소기술 재료기술
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요소기술 |
재료기술 |
- 촉매성능향상 - 재료특성 향상 |
제조기술 |
- 전극(ANODE, CATHOD) - 분리판 - 매트릭스 |
적층기술 |
설계기술 |
- 단위전지 - 스택설치 - 냉각 및 유체 이동 |
구성기술 |
- 단위전지 적층 - 택구성 및 최적화 - 스택밀봉 |
- 주변기술 및 운영 - 연료를 개질하여 수소로 만드는 장치 - 생산된 직류전기를 교류로 전환 장치 - 연료전지시스템 설치/운전 기술
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주변기술 |
연료개질기(REFORMER) |
- 개질촉매 및 반응조건 최적화 연구 - Reactor 개발 및 운전 |
전력변환 (INVERTER) |
- 직류/교류 변환기(Inverter) - 부하 및 시스템 제어기술 |
시스템종합 및 운영 기술 |
시스템종합 |
- 시스템 설계 - 시스템 최적화 및 구성설치 |
운영기술 |
- 발전플랜트 설치 - 운전특성 | | | |