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연료전지에 관한 질문들입니다

  • 작성일 2020-11-18
    작성자 안재현 조회 168
  • 카테고리 연료전지
1. 고분자 전해질 연료전지는 100도 이하의 비교적 저온에서 빠른 시동 능력을 보이는데, 이러한 특성을 갖는 이유가 이 연료전지의 어떠한 특성 때문인가요?


2. 직접메탄올 연료전지는 고분자 전해질 연료전지와 마찬가지로 이온교환막을 사용하고 100도 이하의 비교적 저온에서 작동하지만 효율이 더 낮은데, 수소와 메탄올의 어떠한 차이 때문에 이러한 결과가 나오는 것인가요?


3. 연료전지의 종류마다 동작 온도가 다르고 효율도 다른데, 동작 온도가 높을수록 효율도 높아지는 것 같습니다. 동작 온도가 효율에 어떠한 영향을 미치기 때문에 이러한 결과가 나오나요?


4. 수소 연료전지가 전지 반응으로 배출되는 최종 화학물질이 순수한 물이라는데, 그럼 수소 연료전지를 많이 이용해서 배출된 물로 물 부족을 해결하는데 도움을 줄 수 있을까요?


5. 연료전지 중에서 가장 발전 가능성이 높은 종류는 어떤 것이며 그 이유는 무엇인가요?


6. 기존의 다양한 연료전지 중에서 더 보완이 필요한 연료전지가 있다면 그것은 무엇이고 그 이유는 무엇인가요?


미리 답변 드리는것에 감사를 드립니다.

[답변 글]

  • 답변자 박구곤
  • 답변일 2020-11-19

연료전지 분야에 관심 가져주셔 감사합니다. 


아래의 답변이 도움이 되길 바랍니다. 


(답변 : 질문 1)

 -  연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 PEMFC, PACF, MCFC, SOFC 등 으로 나누어짐

 - 각 전해질은 이온이동이 원활한 온도가 상이함

 - SOFC, MCFC, PAFC 는 각각 800, 650, 220 도씨 수준에서 이온 이동이 이루어지며, 일반적인 운전범위가 결정됨

 - PEMFC는 영하 25도씨 수준에서도 일부 이온전달이 가능하므로, 상온에서 정상운전 용량까지 수초 이내에 도달 가능함. 자동차용 및 다양한 이동전원용에 PEMFC가 사용되는 주 요인 중 하나임

(답변 : 질문 2)

 - DMFC는 PEMFC와 동일한 전해질을 사용하지만, 수소(H2) 대신 메탄올(CH3OH)을 연료극에 공급함

 - 수소의 경우는 자체의 반응성이 높아서 수소이온(Proton, H+)과 전자로 분리되는 반응이 용이함

 - 메탄올은 개의 수소이온과 6개의 전자가 생성되어야 하는데, 이 과정이 쉽지 않음(높은 활성화에너지)

 - 또한 전해질 막을 통해서 연료극(Anode)의 메탄올이 공기극(Cathode)로 넘어가서 공기의 환원반응을 방해하기도 함

 - 이런 종합적인 이유로 DMFC는 PEMFC대비 1/2 ~ 1/3 정도의 전기변환 효율을 가짐

  - 하지만 응용분야(소형 전원 등)에 따라 DMFC가 장점을 가지는 분야도 존재함

(답변:질문 3)

 - 연료전지의 효율은 전기화학 반응성, 전자 및 물질의 이동 특성 등에 영향을 받음

 - 운전 온도가 높은 경우 화학물의 반응성 및 이동 특성이 높아질 수 있으며, 전체적인 효율 증가로 나타날 수 있음

 - 높은 운전온도는 소재 및 시스템의 내구성 등 측면에서는 불리한 점도 있으며, 열역학적으로는 고온이 높은 효율을 담보하는 것이 아니므로, 단순히 높은 온도가 높은 효율을 가지는 것으로 이야기 할 수는 없으며, 각 조건에서 소재, 부품에 대한 최적화가 필요함

(답변 : 질문 4)

 - 연료(반응물)로 순수 수소와 산소만 사용한다면, 생성물은 순수 물이 맞음

 - 많은 경우는 아니지만, 음용수 생산을 위해 연료전지를 운전하는 경우도 보고됨 (필요에 따라 식수로 적절하도록 이온을 첨가할 수도 있음)

(답변 : 질문 5, 6)

 - 다양한 응용분야, 운전조건 등에 따라 최적의 연료전지가 존재함

 - 자동차, 드론, 버스, 잠수함, 분산전원 발전소 등에는 PEMFC가 강점이 있음

 - 높은 효율 및 고품질 열이 필요한 경우는 SOFC, MCFC, PAFC 등이 사용될 수 있음

 - 응용분야에 따라 캐스케이드 및 복합화로 여러 종류의 연료전지를 함께 사용하거나, 타 발전 방식과 연계 운전을 할 수 있으므로, 어떤 특정 연료전지가 우수하다고 단언할 수 없음

 - 모든 연료전지가 공통적으로 연구개발이 필요한 부분은 수명증대와 가격저감 부분임. 이를 위해서 소재, 부품 및 시스템 운전 등 측면에서 지속적인 연구개발이 진행 중임

담당부서 지식정보실
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