[재료공학]연료전지 : 연료전지의 종류, 원리및 기술동향 (자세합니다)

소개글

연료전지에 관해 자세히 다룬 자료입니다. 기본원리부터 응용된 분야까지 자세하게 설명되어 있습니다. 원리는 자세하게 다루어져 있으며 그림또한 깔끔하게 정리되어 있어서 보시기 편할것입니다. 연료전지 레포트의 최종판이라 할 수 있습니다. 연료전지를 공부하시는 분들께 많은 도움이 되시리라 믿습니다.

목차

I. 서 론
연료전지의 배경 및 역사

II. 본 론
1. 연료전지의 개념 및 원리
2. 연료전지의 특성
3. 연료전지의 종류
1) 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)
2) 고체산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)
3) 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell)
4) 고분자 분리막 연료전지(Polymer Membrane Fuel Cell)
5) 알카라인 연료전지(Alkaline Fuel Cell)
4. 연료전지에서의 연료
5. 연료전지와 수소에너지
6. 고분자 전해질 형 연료전지(PEMFC)
7. 고체산화물 연료전지(SOFC)
8. 연료전지 시스템
9. 가정용 연료전지 코제너레이션 시스템
10. 연료전지의 발전 시스템
11. 연료전지 기술개발의 중요성

III. 결 론
1. 연료전지의 개발 동향
2. 연료전지기술 개발 시 예상되는 파급효과(기대효과) 및 활용방안
3. 연료전지의 응용분야
4. 연료전지 자동차의 개발방향과 상업화 문제점
5. 연료전지의 시장전망

본문내용

1. 연료전지의 개념 및 원리
연료전지(fuel cell)는 연료가 가진 화학에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 전환 장치이다. 일반 배터리와는 달리, 연료 전지는 재충전이 필요 없이 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 만들어 낼 수 있는 발전 시스템이다.
연료전지의 구조는 그림과 같이 전해질을 사이에 두고 두 전극이 샌드위치의 형태로 위치하며 두 전극을 통하여 수소이온과 산소이온이 지나가면서 전류를 발생시키고 부산물로서 열과 물을 생성한다. 그림에서 보는 것처럼 연료전지의 작동원리는 다음과 같이 이루어진다. 연료전지의 음 극(Anode) 을 통하여 수소가 공급되고 양극(Cathode)을 통하여 산소가 공급되면 음극을 통해서 들어온 수소분자는 촉매(Catalyst )에 의해 양자와 전자로 나누어진다. 나누어진 양자와 전자는 서로 다른 경로를 통해 양극에 도달하게 되는데, 양자는 연료전지의 중심에 있는 전해질(Electrolyte)을 통해 흘러가고, 전자는 외부회로를 통해 이동하면서 전류를 흐르게 하며 양극에서는 다시 산소와 결합하여 물이 된다.
연료전지에는 천연가스, 메탄올, 가솔린 등의 다양한 연료가 사용되어질 수 있는데, 연료개질기(fuel reformer)를 이용해 수소로 개질하여 사용한다. 단위전지의 전압은 보통 0.7V 이며 이러한 단위전지를 여러 개 직렬로 연결하면 연결된 수만큼 곱한 만큼의 전압이 얻어진다.

2. 연료전지의 특성
연료전지의 가장 큰 장점은 높은 에너지 변환 효율과 환경 친화성을 들 수 있다. 화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급 받으므로 배터리와는 달리 충전이 필요 없고, 연료가 공급되는 한 전기를 발생시킨다. 또한 화학에너지를 바로 전기에너지로 전환하기 때문에 여러 에너지 변화장치를 거치는 기존의 발전 방식에 비해 높은 효율을 나타낸다. 이상적인 조건에서 조차 내연기관의 효율은 열역학적인 Carnot Cycle의 지배를 받기 때문에 모든 화학에너지가 기계적 에너지로 전환되는 것은 아니며 일부는 소모된다. 그러나 연료전지는 화학에너지가 기계적 에너지를 통하지 않고 직접 전기화학 반응에 의하여 전기에너지로 전환되기 때문에 Carnot Cycle의 한계를 넘어서는 높은 에너지 변환 효율을 보인다. 일반적으로 연료전지는 내연기관에 비하여 2 ~ 3배 정도의 높은 효율을 갖는다. 또한 NOx 나 SOx 등의 공해 물질을 거의 배출하지 않기 때문에 환경문제가 크게 부각되고 있는 현시점에서 차세대 발전방식으로 크게 각광 받고 있다. 한편 연료전지의 구성 특성상 크기의 조절이 용이하여 장소에 구애 받지 않고 도심내부나 일반 가정집에서도 쉽게 설치하여 사용할 수 있다는 장점도 가지고 있다.

참고 자료

없음