미래의 자동차 FCV왜 연료전지인가?차세대 자동차LPG 자동차장점 : 출력의 손해없이 공해감소, 매장량 풍부단점 :태양열 자동차장점 : 공해물질 없음, 영구적 에너지원단점 : 없다.수소 자동차장점 : 공해물질 없음, 쉽게 점화, 많은 에너지 방출,적은 위험단점 : 질량에 비한 부피가 큼 → 같은크기의 엔진으로 출력 30%감소섬세한 제어시스템, 연료장치의 복잡, 수소관리의 어려움순수전기 자동차장점 : 배기가스없음, 연료비의 큰절약, 열에너지발생 없음단점 : 배터리의 수명과 무게 개발, 큰공해 유발 가능성※ 연료전지 자동차고효율 : 카르노 사이클의 제한을 받지 않음무공해 : 낙스(NOX)와 삭스(SOX)를 배출하지 않음무소음 : 운도하는 부품이 없음모듈화 : 건설과 증설이 용이하고 다양한 용량이 가능다연료 : 수소, 석탄가스, 천연가스, 매립지 가스, 메탄올, 휘발유 등열병합 : 폐열 활용이 가능왜 PEMFC인가?연료전지{종류연료작동온도발전효율출력범위주요용도장점단점AFC순수소(정제된수소)상온~260℃45~60%10~100㎾우주선용 전원.속도적으로 우수.귀금속촉매 불필요.오래 발전된 기술.연료중 CO,CO2 함량이 없어야 함.대용화가 어렵다PAFC조제수소150~220℃40~45%100~5000㎾분산형발전.실용화 근접기술.폐열이용 가능.CO의 허용치 낮음.환원반응속도 느림.전해질의 전기 전도도 낮음MCFC조제수소600~700℃45~60%1000~100000㎾대규모발전.CO의 함유율에 영향 없음.촉매 불필요.폐열이용 가능.긴수명의 재료 선택.연료중 유황성분.음극반응에 CO2 필요SCFC조제수소900~1000℃50~60%100~100000㎾대규모발전.CO의 함유율에 영향 없음.촉매 불필요.폐열이용 가능.제작비용 고가.고온재료 선택.높은 전해질 재료PEMFC조제수소상온~100℃40~60%10~1000㎾수송용 동력원.재료선택 용이.전해질의 비휘발성.셀제작 및 운전용이.H20조절의 어려움.Pt 촉매의 함량이 높음FCV의 작동원리{FCV의 실용화를 위한 문제점연료전지 자동차 ( FCV )의 실용화를 위한 문제점소형화, Compact화로의 도전연료전지 자동차 ( FCV )를 실용화하고 이것을 상업 Base로 올리기 위해서는 몇 개의 장애물을 넘어야 한다. 첫 번째는 고출력밀도에 의한 소형화, 경량화의 실현을 들 수 있다. PEFC 의 개발에 있어서 세계의 Top을 달리는 Ballard 사는 1989년에 수소와 가압 공기에 의한 출력 5KW의 PEFC Stack을 개발했으나 용량이 30 Liter, 중량이 45Kg 이었다. 그 후 연구개발에 노력을 기울인 결과 95년에는 현저하게 성능을 향상시켰고 96년에는 Bus의 Engine Room에 쏙 들어가게 하는 수준까지 PEFC의 소형화에 성공했다. 1980년대 후반부터 90년대에 걸쳐서 전해질로 하는 고체고분자막의 성 능을 현저하게 향상시켰고 막의 내부 저항이 작게 하는데 공헌했으며 현시점에서 Ballard 사가 달성한 Stack에서의 출력밀도는 순수소를 연료로 한 경우는 최대 1.3KW/Liter, 메탈올 개질 Gas에 대해서는 1.2KW/Liter 에 이르렀다. 이 결과는 연료전지 Engine의 실용화에 대해 사람들의 기대를 크게 부풀게 하는 결과가 되었다. 최근의 정보에서 IFC가 최대 출력밀도 1.5KW/Liter의 Stack을 개발했다고 전해 진다. Stack 의 사양과 마찬가지로 개질기의 소형화도 중요한 Thema 이다. Mitsubishi 전기는 증발부, 개질부, CO 선택 산화부, 혹은 촉매연소기의 전부를 적층구조로 일체화시킨 메탄올 개질기를 개발했다. 1997년에 Toyota 가 개발한 메탈올 FCV 에서는 출력 25KW의 PEFC에 개질 Gas를 공급하기 위한 개질 System은 직경 30cm, 길이 60cm의 크기였다.짧은 기동시간과 부하변동에 대응하는 응답성.두 번째의 장애물은 짧은 기동시간과 빠른 응답성의 실현에 있다. PEFC는 상온에서 기동이 가능한 점에서 Engine 으로 가장 적합하고 응답속도도 빠르기 때문에 Stack 자신의 기동성 혹은 응답성에 대해서 거의 문제가 지적되지 않는다. PAFC 나 고체산화물형 연료전지 ( SOFC )와 같이 고온에서 운전을 행해야 하므로 온도를 상승시키는데 상당한 시간이 필요하다. 수소연료를 자동차에 싣는 것이 아니라 메탄올이나 가솔린을 연료로하는 경우에는 수소를 생성하기 위해 차내에서의 개질 Process가 필요한데 이 개질기의 기동성, 응답성 등의 문제점이 있다. 메탄올의 수증기 개질을 채용하는 것이라면 300? 정도의 온도까지 상승할 필요가 있고 이것만의 기동시간도 길게 걸리지 않게 할 수 없다. 종래 의 메탄올 수증기 개질에는 기동시간은 20분에 이르렀지만 부분산화 개질법 ( POX )를 적용함에 따 라 최근에는 수분의 순서로 기동이 가능하게 되고 있는 중이다. 게다가 고온에서의 반응을 필요로 하 는 가솔린 개질의 경우에는 수증기 개질에서는 없는 일반 POX가 사용되고 있고 수증기 개질에 비해 기동 시간은 짧지만, 개질 효율을 약간 희생하지 않을 수 없다고 말하는 문제가 발생한다.. 신뢰성과 내구성Ballard Power Systems, Xcellsis Fuel Cell Engines 혹은 Chicago Transit Authority ( CTA )는 2년에걸쳐 세계에서 처음으로 FC Bus 영업실증운전을 완료했다고 발표했다. Ballard 제품 FC에 의해 구동된 Bus는 5000시간의 영업운전기간에 3만 마일 주행했고 10만명의 승객을 수송했다. CTA 의 Frank Kruesi 장관은 "수소 FC Engine은 양호하게 작동했고 아주 더운 하계나 아주 추운 동계의 어 느 시기에도 문제가 전혀 발생하지 않았다"고 말하고 있다. 운전자나 승객의 평판도 좋았다고 한다. Vancouver에서 운행중인 제 2의 실증운전도 금년중에 완료된다. 이상과 같은 실적이 있고 현재 PEFC에 관해서는 PAGC 나 SOFC 에 비해 장기간에 걸쳐 실증경험이 모자라는 것이 현재 상황이다. 원래부터 자동차용 Engine에 요구되는 내구성의 Target는 5천 시간 수준 얻어지고 정치식 발전 Plant 에서는 적어도 4만 시간정도면 짧지는 않다. 그러나 금후 실증경험을 통해서 공기중에 있는 불순물이 내구성이나 신뢰성에 미치는 영향 등, 지금까지 예상하지 않았던 문제가 발생하는 것도 생각해야 한 다.
금속이 한국경제에 끼친영향
PEMFC의 자동차 연료전지로서의 이용
평가B괜찮아요
자동차, 연료전지, 차세대자동차, 고분자전해질연료전지
![[세라믹스] 안정화지르코니아](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2002/09/30/data1127982-0001.jpg)
