연료 전지 차량의 작동 원리
배터리 전기 자동차 원리는 무공해 자동차에 대한 논의를 주도하고 있으며 Chevrolet Bolt EV 및 Tesla Model 3와 같은 자동차는 BEV 기술의 잘 알려진 예입니다. 그러나 또 다른 유형의 전기 자동차인 연료 전지 전기 자동차(FCEV)도 유해한 배기가스를 거의 배출하지 않으며 BEV의 다른 모든 이점을 거의 모두 가지고 있습니다.
또한 FCEV는 기존 자동차의 가솔린 탱크를 채우는 것과 유사한 프로세스로 빠른 연료 보급을 제공합니다. 따라서 연료 전지 자동차는 현재 BEV의 긴 충전 시간에 비해 5분 또는 10분 만에 전체 주행 범위를 회복합니다.
이 모든 것이 매우 유망하게 들리지만 FCEV에는 한계가 있습니다. 하나는 최근까지 자동차에 동력을 공급할 수 있을 만큼 컴팩트한 연료 전지를 제조하는 데 비용이 많이 들었다는 것입니다. 이 문제는 연료 전지 차량의 생산이 증가함에 따라 저절로 해결되어야 합니다.
그러나 더 큰 문제는 산소와 결합하여 FCEV에 동력을 공급하는 전기를 생성하는 요소인 수소의 가용성입니다. 수소는 흔한 원소이지만 자연에서는 고인화성 기체로서 고립된 상태로 거의 발견되지 않습니다. 대부분의 경우 오일 및 천연가스와 같은 탄화수소 및 물과 같은 산소를 포함한 화합물의 다른 요소와 결합합니다. 이 때문에 에너지가 필요한 공정인 수소를 제조해야 하며, 이를 충전소로 운송해야 합니다. 어떤 경우에는 물에서 추출하여 주유소에서 만들어집니다.
수소 연료가 어떻게 만들어지든, 또 다른 문제는 미국에서 대중에게 공개되는 수소 충전소가 거의 없으며 거의 모두 캘리포니아의 더 큰 도시 지역에 있다는 것입니다. 이것은 닭과 계란의 수수께끼를 만듭니다. 전기 자동차 원리는 미래에 더 많은 FCEV가 도로를 주행할 것으로 예상하고 사회가 연료 전지 차량에 서비스를 제공하기 위해 수소 전달 인프라를 구축해야 합니까? 아니면 수소 인프라가 투자를 정당화할 만큼 충분한 FCEV가 도로에 나올 때까지 기다려야 합니까?
후자의 경우 수소 기반 시설 건설에 박차를 가하기 위해 사용 중인 연료 전지 차량이 결코 충분하지 않을 수 있습니다. 탱크를 채우는 데 어려움을 겪을 것이라고 생각하는 사람은 거의 없을 것이기 때문입니다.
연료 전지는 어떻게 작동합니까?
연료전지는 차량 자체 내에서 일어나는 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산한다. 반면 BEV용 전기는 차량 외부에서 생성되어 차량의 배터리 팩에 저장됩니다. 따라서 BEV에 비해 FCEV의 큰 장점은 연료 전지가 배터리처럼 재충전할 필요가 없다는 것입니다. 대신 자동차의 연료 전지에 수소와 산소가 공급되는 한 계속해서 전기를 생산합니다.
연료전지는 애노드, 캐소드, 전해질막으로 구성된다. 수소를 양극으로, 산소를 음극으로 통과시켜 전류를 생성합니다. 양극에서 촉매는 수소 분자를 전자와 양성자로 나눕니다. 양성자는 다공성 전해질 막을 통과하는 반면 전자는 전류로 회로에 강제됩니다. 음극에서 양성자, 전자 및 산소가 결합하여 물 분자를 생성합니다.
이 과정의 부산물은 일반적으로 증기 형태의 물과 열입니다. 움직이는 부품이 없기 때문에 연료 전지는 조용하고 안정적으로 작동합니다. 연료 전지의 폐열은 가열 또는 냉각에 사용할 수 있습니다.
연료 전지 차량은 어떻게 작동합니까?
전기 자동차 원리에서 배터리 전기 자동차 와 마찬가지로 연료 전지 자동차는 바퀴를 구동하는 하나 이상의 전기 모터에 전력을 공급하기 위해 전기를 사용합니다. FCEV에서 전기는 연료 전지 또는 회생 제동에 의해 생성된 전기와 초과 전기를 모두 저장하는 온보드 배터리 팩에서 직접 제공됩니다. BEV 및 하이브리드에서도 사용되는 이 프로세스는 제동 중에 열로 손실될 에너지를 절약합니다. FCEV를 운전할 수 있는 에너지의 양은 차내 탱크에 저장된 수소가 생산하는 전기와 배터리 팩에 저장된 에너지의 합입니다.
운전하는 동안 간단한 변속기는 연료 전지 및/또는 배터리 팩에서 차량에 전력을 공급하는 전기 구동 모터로 전기를 전달합니다. 전자 컨트롤러는 전기의 흐름을 관리하여 전기 구동 모터의 속도와 토크를 제어합니다. 또한 FCEV에는 연료 전지, 전기 모터, 전력 전자 장치 및 기타 구성 요소의 적절한 작동 온도 범위를 유지하는 냉각 시스템도 있습니다.
수소 연료는 그 용도로 특별히 설계된 가압 탱크에 저장되며, 연료 충전재는 지역 주유소의 가솔린펌프에 있는 노즐보다 훨씬 더 첨단 기술입니다. 더 복잡하긴 하지만 수소 충전은 일반 자동차에 연료를 넣는 것보다 약간 더 어려울 뿐이고 그 과정에 시간이 걸립니다.
더 많은 연료 전지 차량이 없는 이유는 무엇입니까?
연료 전지 차량은 배터리 전기 차량에 비해 몇 가지 이점을 제공하며, 전기 자동차 원리에서 특히 연료 보급과 재충전 시간을 비교할 때 가장 두드러집니다. 또한 FCEV에서 전기는 열과 수증기만 생성하는 차내에서 생성되는 반면 BEV는 일반적으로 화석 연료로 구동되는 발전소에서 생산된 전기로 작동합니다. 그러나 FCEV에 동력을 공급하는 수소 연료를 제조하는 과정도 항상 깨끗한 것은 아닙니다.
전기 자동차 원리는 광범위한 FCEV 사용의 가장 큰 걸림돌은 수소 충전소가 없다는 것입니다. 대중에게 개방된 거의 모든 수소 충전소는 캘리포니아에 있으며, 캘리포니아는 주에서 수소 충전소 인프라에 투자하고 있습니다. 놀랄 일은 아니지만 미국에서 판매되는 세 대의 FCEV가 판매되고 있습니다(단 하나의 예외 제외). 여기에는 Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Nexo 및 Toyota Mirai가 포함됩니다. 미라이는 하와이에서도 사용할 수 있습니다.
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