연료전지 원리 및 개발 현황 <Status and Development of Fuel Cell Principles> 20061946 조호성 / 20063098 김기석 /20051396 김고운

목 차 1.연료전지의 발달 2.연료전지의 종류별 특징 3. 연료전지 개발의 타당성 4. 결론 1.1 연료전지의 역사 1.2 현재 연구개발 주안점 2.연료전지의 종류별 특징 2.1 연료전지의 원리 2.2 연료전지의 종류 2.3 국내 기술개발 동향 3. 연료전지 개발의 타당성 3.1 시장성 및 파급효과 3.2 추진 타당성 및 성공 가능성 4. 결론

1.연료전지의 발달 1-1연료전지의 역사 1839년 영국의 William R Grove에 의해 수소를 연료로 하는 연료전지 1960년도 초부터 미국, 소련 등에서 본격적인 연구가 시작 1965년 General Electric사에서 연료전지 개발 미국의 제미니우주선 탑재 1970년대 초 석유파동 자원고갈 문제. 연료전지에 큰 관심. PAFC 개발 1980년대 PEMFC 개발 1990년대 DMFC 개발, MCFC 발전 시작, SOFC 발전소 개발 1-1연료전지의 역사

1.연료전지의 발달 1-2 현재연구개발의 주안점 첫째, 고체 고분자형 연료전지(PEMFC) 기술을 개발 둘째, 1997년에 교토에서 개최된 제3회 기후변동패널조약체결국제 의(COP3)에서 선진국의 온실효과 가스 삭감목표를 기록한, 이른바 교토의정서가 합의된 것이 발단이다. 1-2 현재연구개발의 주안점

2.연료전지의 종류별 특징 2-2 연료전지의 원리

2.연료전지의 종류별 특징 2-2 연료전지의 종류

2.연료전지의 종류별 특징 1.수소이온교환막 연료전지 수소이온교환막 연료전지(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)는 기본적으로 구조가 단순한 것이 특징이다. 전해질은 고체고분자로서 수소이온이 통과할 수 있다. 전해질이 고체이면서 움직이지 않기 때문에 이 연료전지는 본질적으로 단순하다.

2.연료전지의 종류별 특징 2. 직접메탄올 연료전지 수소공급 문제에 대해 이론적으로 매력적인 해결 방법은 연료로서 메탄올을 사용하는 것이다. 이 방법은 PEMFC로써 구현될 수 있으며, 이를 직접메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)라고 부르고 있다.

2.연료전지의 종류별 특징 3. 알칼리 연료전지 PEMFC는 최초의 유인우주선에 이용되었지만, 알칼리 연료전지(alkaline fuel cell, AFC)는 아폴로(Apollo)와 우주왕복선(space shuttle)에 이용되었다. 반응속도가 느린 점은 백금촉매가 첨가된 고도의 다공질 전극을 사용하고 상당한 고압에서 동작시킴으로써 극복되었다.

2.연료전지의 종류별 특징 4. 인산 연료전지 인산 연료전지(phosphoric acid fuel cell, PAFC)는 최초로 상업적으로 만들어진 연료전지로써 현재도 널리 사용되고 있다. International Fuel Cell사(현재는 UTC Fuel Cell 사)에 의해 200kW 시스템이 여러 대 제작되어 미국과 유럽에 설치되어 있다. 일본 회사에서도 PAFC가 제작되고 있다.

2.연료전지의 종류별 특징 5. 고체산화물 연료전지 각 연료전지는 여러 가지 문제를 해결해 가고 있지만, 한편으로는 고유의 새로운 어려움도 생겨나고 있다. 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC)는 600～1000℃의 범위에서 동작한다. 이는 고가의 촉매없이 반응속도를 높일 수 있다는 것을 의미한다.

2.연료전지의 종류별 특징 6. 용융탄산염 연료전지 SOFC는 1000℃ 정도의 온도에서 동작함에도 불구하고 전해질은 항상 고체상태를 유지하지만, 용융탄산염 연료전지(molten carbonate fuel cell, MCFC)는 그렇지 않다. MCFC는 공급공기 중에 이산화탄소를 필요로 하는 독특한 특징을 가지고 있다.

2.연료전지의 종류별 특징 2-3 국내 기술 개발 동향 한국에너지기술연구원 5kW급 SOFC 발전시스템 개발(2002~2005) 2kW급 관형 SOFC 스택모듈 개발(2006~2008) 전력연구원 열병합발전용 5kW급 SOFC 발전시스템 개발(2003~2010) 삼성전기 원통형 SOFC 셀, 스택 기술 개발(2007~2009) 포항산업과학연구원 150kW급 SOFC 셀/스택 제조기술 개발(2007~2012) 2-3 국내 기술 개발 동향

Small emergency/ backup power 3.연료전지의 개발 타당성 연도 차량판매 (천대) 시장 점유율 연료전지 판매 연료전지 시장 (M$) 2004 51,100 <0.01% 5,000 17.5 2006 52,500 0.5% 260,000 910 2008 54,000 2.1% 1,180,000 4,130 2010 56.600 3.7% 2,100,000 7,350 2014 59,500 6.9% 4,100,000 14,350 Segment 2002 2008 Unit (Million) Market ($, Billion) Advanced Mobile Phone 186 7.1 428 13.6 Laptop Computer 20 3.7 40 6.2 Professional Camera 4 0.15 8 0.24 UPS 0.08 1.5 0.12 2.5 Small emergency/ backup power 0.37 0.6 0.5 0.8 Total 13.05 23.34 3-1 시장성및 파급효과 [표3-2]. 수송용 연료전지 시장 [표3-3]. 발전/선박용 연료전지 시장 [표3-1] 2차 전지 대체용 연료 전지 시장

3.연료전지의 개발 타당성 1) 첨단 전자기기, 수송기기 및 분산용 발전 등에 응용되는 핵심으로 기술 집약적이 며 고부가가치의 연료전지용 소재 제조 기술을 확립함으로서, 선진국에 대한 기술 예속을 탈피하고, 전 산업분야로의 응용을 확대할 수 있다. 2) 고도의 분자 설계기술, 나노기술, 전지소재 평가기술 및 응용기술이 축적되어 관련 전지 소재의 국산화를 가속할 수 있다. 연료전지 및 전지 소재 관련 기업체에 기술 이전으로 소재 양산 유도하여 국산화 가능, 차세대 전지산업 인프라 구축 가능, 관련산업의 활성화 및 소재 가격 저감화 달성이 가능하다. 3) 첨단의 연료전지용 핵심소재 기술의 확보로 전세계 연료전지 시장 선점 효과 및 이로 인한 막대한 경제적 이익이 가능하다. 4) 소형 연료전지 핵심소재 기술의 확보로 미래 IT 산업 혁신 및 세계 일류 상품화 달성이 가능하다. 5) 수송용, 정지형 연료전지 핵심소재 기술의 확보함으로써 지구온난화를 비롯한 환경에너지 문제를 해결할 수 있다.

3.연료전지의 개발 타당성 3-2 추진 타당성 및 성공가능성 [그림3-1] 연료전지 시장 진입 장벽

4.결론 연료전지의 실용화를 위해서는 연료전지의 효율과 안정성을 좀 더 향상시켜야 하는데 이의 핵심기술은 바로 경제적인 고효율 나노 촉매 및 막 소재의 개발이 필요함에도 불구하고 국내는 연료전지 스택 기술과 시스템 기술에 치중해 있으며 소재 개발에 있어서는 연구개발이 미미한 수준이다. 따라서 연료 전지 소재에 대한 기술수준은 선진국에 비해 아직 초보단계이나 관련기술,즉 고분자 전해질 개발, 전기화학, 나노소재개발, 촉매기술, 소재평가기술 등을 고려할 때 시급히 소재 및 부품 개발에 적극적인 투자가 이루어진다면 선진국과 경쟁이 가능할 것으로 예상된다.