A.E.L 대체에너지연구실 신&재생에너지 신에너지 연료전지 신에너지 연료전지 재생에너지 태양열 태양광 (소)수력 풍력 해양 Alternate Energy Lab. 신&재생에너지 한국은 미래에 사용될 대체에너지로 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 에너지로 11개 분야를 지정 (대체에너지개발 및 이용·보급촉진법 제 2조) 재생에너지 태양열 태양광 (소)수력 풍력 해양 지열 폐기물 바이오매스 신에너지 수소 연료전지 석탄액화가스화 신에너지 연료전지

A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. 13장 연료전지 (Fuel Cell)

A.E.L 대체에너지연구실 청정에너지의 필요성 수소/연료전지 문명발달, 산업화 화석(전기)에너지 소비증가 청정성 자원성 가역성 Alternate Energy Lab. 청정에너지의 필요성 수소/연료전지 문명발달, 산업화 화석(전기)에너지 소비증가 청정성 자원성 가역성 효율성 호완성 지구온난화 및 이상기후 화석에너지 고갈 배기가스등 각종 규제 기후협약[교토의정서] 대체-청정 에너지

A.E.L 대체에너지연구실 수소의 특징 대체에너지원으로 주목 받는 이유 *연료전지는 수소를 연료로 이용 저장성 풍부한 에너지원 Alternate Energy Lab. *수소에너지, 김종원, 정영관 외, 아진 수소의 특징 대체에너지원으로 주목 받는 이유 풍부한 에너지원 저장성 연료전지를 통한 직접발전 석유대체 유체에너지 빠른 변환싸이클 친환경적 에너지변환성에 따른 응용성 원료 *연료전지는 수소를 연료로 이용

A.E.L 대체에너지연구실 수소의 이용 수소 화학재료 산화 연료전지 각종 산업 열 열 전기 난방, 취사, 발전 발전 수송 수송 Alternate Energy Lab. 수소의 이용 수소 화학재료 산화 연료전지 각종 산업 열 열 전기 난방, 취사, 발전 난방, 발전 발전 수송 수송

A.E.L 대체에너지연구실 13-1 전지란 전지이론(전기화학) *화학반응 전기적 성질(화학결합에 전자관여) Alternate Energy Lab. 13-1 전지란 전지이론(전기화학) *화학반응 전기적 성질(화학결합에 전자관여) 화학변화전기에너지 전기화학 산화환원반응(축전지) *화학반응을 전기에너지를 발생시키기 위해 사용 : Voltaic or Galvanic Cell 전지 전기 화학반응

전지 분류 A.E.L 대체에너지연구실 *1차전지 : 건전지(화학) *2차전지 : 충전지 (화학) Alternate Energy Lab. 전지 분류 *1차전지 : 건전지(화학) *2차전지 : 충전지 (화학) * 발전전지 : 연료전지 (화학), 태양전지 (물리)

A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. 전지의 비교 H2 : 121MJ/kg(저발열량)

A.E.L 대체에너지연구실 내연기관과 연료전지의 비교 *화학발전 : 구동부 없이 화학반응에 의한 발전 *발전효율 : Alternate Energy Lab. 내연기관과 연료전지의 비교 *화학발전 : 구동부 없이 화학반응에 의한 발전 *발전효율 : 종래 발전방식(석유 34~40%, 석탄 30~36%, 원자력 30~35%)보다 높은 고효율 발전이 가능 *전기공급 : 2차전지와 비교하여 연속적인 전기의 공급이 가능

A.E.L 대체에너지연구실 미래에너지와 화석연료의 비교 천연가스 기체 압축기체 CH4 0.25 LPG 액체 C3H8 0.38 Alternate Energy Lab. 미래에너지와 화석연료의 비교 천연가스 기체 압축기체 CH4 0.25 LPG 액체 C3H8 0.38 가솔린 C8H18 0.44 석탄 고체 C6H6 1 CO2,2H2O (0.5) 3CO2,4H2O (0.75) 8CO2,9H2O (0.89) 6CO2,3H2O (2) 내연기관 (중간) 외연기관 (낮다) 수소 H2 H2O (0) +모터 (높다) 전기 이온 전자 - 연료 항목 대기압, 대기압 차량공급 상태 주성분 탄소/수소 구성비 이론 배출가스 성분 (CO2/H20 구성비) 사용기관 (비교효율)

A.E.L 대체에너지연구실 13-1 연료전지란 *수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환 *전기화학반응 Alternate Energy Lab. 13-1 연료전지란 *수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환 *전기화학반응 *반응물 : 연료극(anode)에 수소, 공기극(cathode)에 산소를 공급 *생성물 : 전기, 열, 물이 발생 *물의 전기분해 역반응

A.E.L 대체에너지연구실 연료전지의 필요성 - 발전– -해결방법- 직접발전 분산발전 모듈화증설 연료전지 Alternate Energy Lab. 연료전지의 필요성 - 발전– -해결방법- 직접발전 분산발전 모듈화증설 -발생문제점- 대기오염 배기가스규제 기후협약 저효율(변환, 송전) 연료전지 (최고83%효율, 응용성)

A.E.L 대체에너지연구실 13-2 연료전지의 특징 1. 고효율 발전 2. 친환경성 3. 다양한 연료 4. 저소음·저진동 Alternate Energy Lab. 13-2 연료전지의 특징 1. 고효율 발전 2. 친환경성 3. 다양한 연료 4. 저소음·저진동 5. 저비용 6. 설치장소의 비제약성

A.E.L 대체에너지연구실 13-3 연료전지의 역사 연대 내 용 19세기 초 1833년 1839년 1932년 1937년 Alternate Energy Lab. 13-3 연료전지의 역사 연대 내 용 19세기 초 1833년 1839년 1932년 1937년 1950년   1960년대 1967년 1980년 1990년 1995년 1996년 1997년 현재 영국, Davy에 의한 연료전지 아이디어 제시 패러데이의 법칙이 확립하여 전기화학의 초석마련 영국, William Grove에 의한 시범 실험 영국, Francis T. Bacon에 의한 알카리 연료전지 시험 제작 Baur, Preis에 의한 SOFC 시험 제작 G. H. J. Broers에 의해 용융염 연료전지의 실증 F. T. Bacon에 의해 알카리형 수소⦁연료전지의 상용화 개발 고분자 고체 전해질 연료전지(PEFC)를 제미니 우주선에 탑재 나피온막(양성자 전도성 고분자막)개발 (듀퐁사) 알카리형 연료전지가 아폴로 우주선에 탑재 (UTC사, Allis-Chalmers사) 민수용 인산 연료전지의 실용화 개발 문라이트 계획(성 에너지기술 국가프로젝트)발족 (일본) 전기 자동차용 PEFC의 개발 활성화(캐나다 발라드사 등) 휴대용 직접형 메탄올 연료전지 (DMFC)의 개발 활성화 ONSI사의 PAFC 사용기 등장 교토의정서( 이산화탄소 배출 규제 조약) 채택 세계적으로 연료전지 개발 및 상용화 중

A.E.L 대체에너지연구실 13-4 연료전지 종류 종류 전해질 전극재 전하담체 발전온도 용도 기타 직접메탄올형 (DMFC) Gregor Hoogers, “Fuel cell technology Handbook”, CRC A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. O'Hayre, Ryan P, "Fuel cell Fundamental", John Willy 13-4 연료전지 종류 종류 전해질 전극재 전하담체 발전온도 용도 기타 직접메탄올형 (DMFC) 고분자 양이온교환막 Pt/C H+ 5 - 150℃ 휴대기기 ~수십W 알카리형 (AFC) KOH수용액 Pt/Ni OH- 5~240℃ 우주선 ~수십kW 고분자전해질형 (PEMFC) 60-80℃ 이동, 자동차, 가정, 정치, 휴대기기 수W~ 수백kW 인산형 (PAFC) H3PO4수용액 160~210℃ 산업, 발전 수백kW~ 수십MW 용융탄산염형 (MCFC) Li2CO3, K2CO3 Na2CO3 Ni NiO CO32- 600~700℃ 고체산화물형 (SOFC) ZrO2, Y2O3 LaNiOx O2- 900~1000℃ 수kW~

A.E.L 대체에너지연구실 (1)직접메탄올형 연료전지 Gregor Hoogers, “Fuel cell technology Handbook”, CRC A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. O'Hayre, Ryan P, "Fuel cell Fundamental", John Willy (1)직접메탄올형 연료전지

A.E.L 대체에너지연구실 (2)알카리형 연료전지 Gregor Hoogers, “Fuel cell technology Handbook”, CRC A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. O'Hayre, Ryan P, "Fuel cell Fundamental", John Willy (2)알카리형 연료전지

A.E.L 대체에너지연구실 (3)고체고분자전해질형 연료전지 Gregor Hoogers, “Fuel cell technology Handbook”, CRC A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. O'Hayre, Ryan P, "Fuel cell Fundamental", John Willy (3)고체고분자전해질형 연료전지

A.E.L 대체에너지연구실 (4)인산형 연료전지 Gregor Hoogers, “Fuel cell technology Handbook”, CRC A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. O'Hayre, Ryan P, "Fuel cell Fundamental", John Willy (4)인산형 연료전지

A.E.L 대체에너지연구실 (5)용융탄산염형 연료전지 Gregor Hoogers, “Fuel cell technology Handbook”, CRC A.E.L 대체에너지연구실 Alternate Energy Lab. O'Hayre, Ryan P, "Fuel cell Fundamental", John Willy (5)용융탄산염형 연료전지