연료 전지 기술, 지속 가능한 에너지 미래를 향해 나아가다

거의 제로에 가까운 배출을 발생시키면서 효율적으로 전기를 생산하는 에너지 솔루션을 상상해 보십시오. 연료전지 기술은 수소나 기타 연료의 화학적 에너지를 직접 전기로 변환하는 이러한 비전을 나타냅니다. 수소를 사용할 때 부산물은 전기, 물, 열뿐입니다. 대규모 발전소에서 소형 노트북에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 연료 전지는 놀라운 다양성을 보여줍니다. 하지만 이 기술이 유망한 이유는 정확히 무엇이며, 극복해야 할 장애물은 무엇입니까?

연료 전지는 운송, 산업/상업/주거용 건물 및 장기 그리드 에너지 저장을 위한 가역 시스템을 비롯한 여러 부문에서 응용 분야를 찾습니다.

• 운송:연료전지 차량(FCV)은 기존 내연기관에 대한 실행 가능한 대안을 제시하며, 특히 장거리 주행과 신속한 재급유가 상당한 이점을 제공하는 대형 차량의 경우 더욱 그렇습니다.
• 고정 발전:이러한 시스템은 건물에 전기와 열을 공급하여 에너지 효율성을 향상시키는 동시에 대규모 전력망에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다.
• 휴대용 전원:연료전지는 노트북이나 드론 같은 전자 기기에 전력을 공급해 기존 배터리에 비해 작동 시간이 더 길다.
• 에너지 저장:가역적 연료전지 시스템은 물 전기분해를 통해 에너지를 저장할 수 있으며, 필요할 때 전력망 수요의 균형을 맞추기 위해 수소를 다시 전기로 변환할 수 있습니다.

연료전지는 기존 연소 기술에 비해 뚜렷한 이점을 제공합니다.

• 뛰어난 효율성:화학에너지를 전기로 직접 변환하면 효율이 60%를 넘는데, 이는 내연기관보다 훨씬 높습니다.
• 최소 배출:수소 연료전지는 수증기만 생성해 이산화탄소 배출을 없애고 기후 변화에 대처하는 데 도움을 줍니다. 또한 질소산화물이나 미립자 물질과 같은 유해한 대기 오염 물질의 방출을 방지합니다.
• 조용한 성능:움직이는 부품이 거의 없는 연료 전지는 거의 조용하게 작동하므로 병원이나 주거 지역과 같이 소음에 민감한 환경에 이상적입니다.

배터리와 유사하게 작동하지만 재충전이 필요 없는 연료전지는 연료를 공급하면 지속적으로 전기를 생성합니다. 일반적인 장치는 전해질로 분리된 두 개의 전극(양극과 음극)으로 구성됩니다.

1. 수소 연료는 양극으로 들어가고 산소(공기로부터)는 음극으로 흐릅니다.
2. 양극에서는 촉매가 수소 분자를 양성자와 전자로 분리합니다.
3. 전자는 외부 회로를 통해 이동하여 전류를 생성합니다.
4. 양성자는 전해질을 통해 음극으로 이동합니다.
5. 음극에서는 양성자, 전자, 산소가 결합하여 물과 열을 형성합니다.

전 세계 연구 기관은 연료 전지 채택에 대한 세 가지 중요한 과제를 해결하는 데 중점을 두고 있습니다.

주요 전략에는 다음을 통해 저비용 스택 구성 요소 개발, 제조 공정 최적화, 값비싼 백금 촉매에 대한 의존도 감소 등이 포함됩니다.

• 향상된 촉매 활용도 및 대체 재료
• 대량생산을 위한 첨단 제조기술
• 혁신적인 멤브레인 및 전극 소재

연구자들은 다음을 개선하는 것을 목표로 합니다.

• 시스템 크기와 무게를 줄이는 전력 밀도
• 연료 소비를 최소화하는 에너지 효율성
• 동적 부하 조건에 대한 응답 속도

목표 수명은 애플리케이션에 따라 다릅니다.

• 경량 차량의 경우 8,000시간
• 대형 트럭의 경우 30,000시간
• 고정식 전력 시스템의 경우 80,000시간

내구성 문제에는 부식 완화, 촉매 중독 및 작동 조건으로 인한 기계적 스트레스가 포함됩니다.

기술 발전이 계속되고 비용이 감소함에 따라 연료 전지는 글로벌 에너지 시스템에서 점점 더 중요한 역할을 할 준비가 되어 있습니다. 다양한 응용 분야에 걸쳐 깨끗하고 효율적인 전력을 제공하는 능력은 지속 가능한 에너지 솔루션으로 전환하는 데 핵심 구성 요소입니다.