연료전지의 원리 및 종류 | 전해질에 따라 구분

전기에너지를 얻을 수 있는 여러 기술 중에 연료전지가 있습니다.

연료전지는 연료와 산화제를 화학반응시켜 에너지를 얻는 기술입니다.

연료전지의 원리 및 전해질에 따라 구분되는 종류에 대해서도 살펴보도록 하겠습니다.

 

핵심요약입니다.

1. 연료전지 : 연료(수소)와 산화제(산소)를 전기화학적으로 반응
2. 기본구성 : 연료극, 전해질층, 공기극으로 접합되어 있는 셀(cell)
3. 연료전지 종류 : 알칼리, 인산형, 용융탄산염형 등 6종

 

 

1. 연료전지의 정의

 

연료전지는 연료(주로 수소)와 산화제(주로 산소)를 전기화학적으로 반응시킵니다.

발생되는 반응에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 기술입니다.

 

 

2. 연료전지의 원리 및 종류

 

 

 

물을 전기분해하면 수소와 산소가 발생합니다.

연료전지는 전기분해와 반대로 수소와 산소로부터 전기를 생산하는 전기화학적 발전장치입니다.

 

• $H_{2} + \frac{1}{2}O_{2} \rightarrow H_{2}O + 전기, 열$

 

연료전지에서는 전기와 열이 동시에 발생합니다.

 

 

2-1. 연료전지 원리

 

연료전지의 기본 구성은 연료극, 전해질층, 공기극으로 접합되어 있는 셀(cell)로 이루어져 있습니다.

다수의 셀을 적층 하여 스택을 구성함으로써 원하는 전압 및 전류를 얻습니다.

 

연료전지의 원리

 

① 연료극(양극)에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리

 

② 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동, 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동

 

③ 공기극(음극) 쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물(물) 생성

→ 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열 생성

 

 

2-2. 연료전지 종류

 

연료전지는 전해질의 종류에 따라 6개로 구분할 수 있습니다.

 

구분	알칼리 (AFC)	인산형 (PAFC)	용융탄산염형 (MCFC)	고체산화물형 (SOFC)	고분자전해질형 (PEMFC)	직접매탄올형 (DMFC)
전해질	알칼리	인산염	탄산염	세라믹	이온교환막	이온교환막
동작온도(℃)	100 이하	220 이하	650 이하	1200 이하	80 이하	80 이하
효율(%)	85	70	80	85	75	40
용도	특수용	중형건물 (200kW)	중,대형건물 (100kW ~ MW)	소,중,대용량 발전 (1kW ~ MW)	가정, 산업용 (1 ~ 10kW)	소형 이동 (1kW 이하)
선진수준	우주선	200kW	MW 이상	MW 이상	1 ~ 10kW	500W
국내수준	-	50kW	250kW	1kW	3kW	50W

 

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