수소연료차에 대한 궁금증
연료전지 기초
이 웹사이트를 통해 연료전지에 관한 역사적 자료를 찾고 있습니다. 발명가, 연구원, 제조업체, 전기 기술자 및 마케팅 담당자와 같이 이미 기술에 익숙한 사람들로부터 정보를 수집하기 위해 사이트를 구축했습니다. 이 기본 섹션에서는 일반 방문자를 위한 수소연료차 연료 전지의 일반적인 개요를 제공합니다.
연료전지란?
연료 전지는 화학반응에 의해 전기를 생산하는 장치입니다. 모든 연료 전지에는 각각 양극과 음극이라고 하는 두 개의 전극이 있습니다. 전기를 생성하는 반응은 전극에서 발생합니다.
모든 연료 전지에는 또한 한 전극에서 다른 전극으로 전하를 띤 입자를 운반하는 전해질과 전극에서 반응 속도를 높이는 촉매가 있습니다.
수소는 기본 연료이지만 연료 전지에도 산소가 필요합니다. 연료 전지의 큰 매력 중 하나는 오염이 거의 없이 전기를 생성한다는 것입니다. 전기를 생성하는 데 사용되는 많은 수소와 산소가 궁극적으로 결합하여 무해한 부산물, 즉 물을 형성합니다.
용어의 세부 사항: 단일 연료 전지는 소량의 직류(DC) 전기를 생성합니다. 실제로 많은 연료 전지는 일반적으로 스택으로 조립됩니다. 셀이든 스택이든 원리는 동일합니다.
수소연료차 연료 전지는 어떻게 작동합니까?
연료 전지의 목적은 전기 모터에 전원을 공급하거나 전구 또는 도시를 밝히는 것과 같은 작업을 수행하기 위해 전지 외부로 유도될 수 있는 전류를 생성하는 것입니다. 전기가 거동하는 방식 때문에 이 전류는 연료 전지로 돌아가 전기 회로를 완성합니다. 이 전류를 생성하는 화학반응은 연료 전지 작동 방식의 핵심입니다.
수소연료차 연료 전지에는 여러 종류가 있으며 각각 작동 방식이 약간 다릅니다. 그러나 일반적으로 수소 원자는 화학 반응으로 전자가 제거되는 양극에서 연료 전지로 들어갑니다. 수소 원자는 이제 "이온화"되어 양전하를 띠게 됩니다. 음전하를 띤 전자는 전선을 통해 전류를 제공하여 작업을 수행합니다. 교류(AC)가 필요한 경우 연료 전지의 DC 출력은 인버터라고 하는 변환 장치를 통해 라우팅 되어야 합니다.
산소는 캐소드에서 연료 전지로 들어가고, 일부 전지 유형(위에 예시된 것과 같은)에서는 그곳에서 전기 회로에서 되돌아오는 전자 및 애노드에서 전해질을 통해 이동한 수소 이온과 결합합니다. 다른 전지 유형에서 산소는 전자를 포착한 다음 전해질을 통해 양극으로 이동하여 수소 이온과 결합합니다.
전해질이 중요한 역할을 합니다. 양극과 음극 사이를 적절한 이온만 통과시킬 수 있어야 합니다. 자유 전자나 다른 물질이 전해질을 통해 이동할 수 있다면 화학 반응을 방해할 것입니다.
양극에서 결합하든 음극에서 결합하든 수소와 산소는 함께 물을 형성하여 전지에서 배출됩니다. 연료 전지에 수소와 산소가 공급되는 한 전기를 생산합니다.
더 좋은 점은 연료 전지는 연소가 아닌 화학적으로 전기를 생성하기 때문에 기존 발전소를 제한하는 열역학 법칙의 적용을 받지 않는다는 것입니다. 따라서 연료 전지는 연료에서 에너지를 추출하는 데 더 효율적입니다. 일부 셀의 폐열도 활용하여 시스템 효율성을 더욱 높일 수 있습니다.
그런데 왜 나가서 연료전지를 사지 못할까요?
연료 전지의 기본 작동은 설명하기 어렵지 않을 수 있습니다. 그러나 저렴하고 효율적이며 신뢰할 수 있는 연료 전지를 구축하는 것은 훨씬 더 복잡한 사업입니다.
과학자와 발명가는 효율성을 높이기 위해 다양한 유형과 크기의 연료 전지를 설계했으며 각 종류의 기술적 세부 사항은 다양합니다. 연료 전지 개발자가 직면한 많은 선택은 전해질 선택에 의해 제약을 받습니다. 예를 들어 전극의 디자인과 전극을 만드는 데 사용되는 재료는 전해질에 따라 다릅니다. 오늘날 주요 전해질 유형은 알칼리, 용융 탄산염, 인산, 양성자 교환막(PEM) 및 고체 산화물입니다. 처음 세 가지는 액체 전해질입니다. 마지막 두 개는 솔리드입니다.
연료의 유형은 또한 전해질에 따라 다릅니다. 일부 전지에는 순수한 수소가 필요하므로 연료를 정화하기 위해 "개질기"와 같은 추가 장비가 필요합니다. 다른 셀은 일부 불순물을 견딜 수 있지만 효율적으로 실행하려면 더 높은 온도가 필요할 수 있습니다. 액체 전해질은 펌프가 필요한 일부 세포에서 순환합니다. 전해질의 유형은 또한 전지의 작동 온도를 결정합니다. 이름에서 알 수 있듯이 "용융된" 탄산염 전지가 뜨거워집니다.
각 유형의 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 장단점이 있으며 석탄 화력, 수력 발전소 또는 원자력 발전소와 같은 전통적인 발전 방식을 광범위하게 대체할 만큼 저렴하고 효율적인 연료 전지는 아직 없습니다.
다음 목록은 다섯 가지 주요 유형의 연료 전지에 대해 설명합니다. 더 자세한 정보는 이 사이트의 특정 영역에서 찾을 수 있습니다.
다양한 유형의 수소연료차 연료 전지.
알칼리 전지의 그림.알칼리 연료 전지는 압축 수소와 산소로 작동합니다. 그들은 일반적으로 전해질로 물에 수산화칼륨(화학적으로는 KOH) 용액을 사용합니다. 효율은 약 70%이고 작동 온도는 섭씨 150~200도(화씨 300~400도)입니다. 셀 출력 범위는 300와트(W)에서 5킬로와트(kW)입니다. 알칼리 전지는 전기와 식수를 제공하기 위해 Apollo 우주선에 사용되었습니다. 그러나 순수한 수소 연료가 필요하고 백금 전극 촉매가 고가입니다. 액체로 채워진 다른 용기와 마찬가지로 누출될 수 있습니다.
용융 탄산염 전지의 도면용융 탄산염 연료 전지(MCFC)는 염(나트륨 또는 마그네슘과 같은) 탄산염의 고온 화합물(화학적으로, CO 3) 전해질로. 효율 범위는 60~80%이고 작동 온도는 약 650°C(1,200°F)입니다. 출력이 최대 2MW인 장치가 건설되었으며 최대 100MW의 장치에 대한 설계가 존재합니다. 고온은 전지의 일산화탄소 "중독"으로 인한 손상을 제한하고 폐열은 추가 전기를 만들기 위해 재활용될 수 있습니다. 니켈 전극 촉매는 다른 전지에 사용되는 백금에 비해 저렴합니다. 그러나 고온은 또한 MCFC의 재료와 안전한 사용을 제한합니다. 가정에서 사용하기에는 너무 뜨거울 것입니다. 또한 전해질의 탄산 이온이 반응에 소모되기 때문에 이를 보완하기 위해 이산화탄소를 주입해야 합니다.
인산 연료 전지(PAFC)는 인산을 전해질로 사용합니다. 효율 범위는 40~80%이고 작동 온도는 섭씨 150~200도(화씨 300~400도)입니다. 기존 인산 전지는 최대 200kW의 출력을 가지며 11MW 장치가 테스트되었습니다. PAFC는 약 1.5%의 일산화탄소 농도를 견디므로 사용할 수 있는 연료의 선택 폭이 넓어집니다. 가솔린을 사용하는 경우 유황을 제거해야 합니다. 백금 전극 촉매가 필요하며 내부 부품은 부식성 산을 견딜 수 있어야 합니다.
PEM( Proton Exchange Membrane ) 수소연료차 연료 전지는 얇은 투과성 시트 형태의 고분자 전해질과 함께 작동합니다. 효율은 약 40~50%이고 작동 온도는 약 섭씨 80도(화씨 약 175도)입니다. 셀 출력은 일반적으로 50~250kW 범위입니다. 고체의 유연한 전해질은 누출되거나 깨지지 않으며 이러한 전지는 가정과 자동차에 적합하도록 충분히 낮은 온도에서 작동합니다. 그러나 연료를 정제해야 하고 멤브레인의 양면에 백금 촉매를 사용하여 비용을 증가시킵니다.
고체 산화물 전지 그리기고체 산화물 연료 전지(SOFC)는 금속(예: 칼슘 또는 지르코늄) 산화물(화학적으로는 O 2 )의 단단한 세라믹 화합물을 전해질로 사용합니다. 효율은 약 60%이고 작동 온도는 약 섭씨 1,000도(화씨 1,800도)입니다. 셀 출력은 최대 100kW입니다. 이러한 고온에서 개질기는 연료에서 수소를 추출할 필요가 없으며 폐열은 추가 전기를 만들기 위해 재활용될 수 있습니다. 그러나 고온은 SOFC 장치의 적용을 제한하며 다소 큰 경향이 있습니다. 고체 전해질은 누출될 수 없지만 깨질 수 있습니다.
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