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1 Types of Fuel Cell

2 Types of Fuel Cell 인산염연료전지 (PAFC) -제1세대연료전지 -전해질로액체인산염사용하고탄화규소 (SiC) 매트릭스에함침시켜사용 -저온 (170~220 o C) 에서작동 -전해질내에수소이온이이동 -음극, 양극반응은앞의기본연료전지구조와동일 인산염연료전지 알칼리연료전지 (AFC) -전해질로알칼리 (KOH) 용액 -저온 (100 o C 이하 ) 에서작동 -전극반응을촉진을위해비싼전극물질이요구, 순수한수소와산소를사용하여고비용 -전해질내에수산화이온 (OH - ) 이이동 알칼리연료전지

3 Types of Fuel Cell 고분자연료전지 (PEMFC) -주로자동차용연료전지 -수소이온이 1백 ~2백 m 두께의고분자전해질막 (membrane) 통과해전기발생 -저온 (100 o C 이하 ) 에서작동 -수소이온이전해질을통과하고, 인산염연료전지와같은화학반응 고분자연료전지 메탄올연료전지 (DMFC) -일종의고분자연료전지로 150 o C 이하에서작동 -촉매를사용하여액체메탄올로부터수소를추출 -다량의백금촉매사용 -수소이온이전해질을통과 CH 3 OH H 2 O CO 2 e - H + e - O 2 H 2 O anode cathode polymer membrane 메탄올연료전지

4 Types of Fuel Cell 용융탄산염연료전지 -제2세대연료전지 -탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨을고온에서용융 ( 액체상태 ) 시켜다공질세라믹에함침시켜전해질로사용 -탄산염이온 (CO 2-3 ) 이전해질을통과해서연료전극의수소와반응 -650 o C의고온에서작동 전극반응을위한백금촉매가불필요 순수한수소외에도일산화탄소, 천연가스, 프로판가스등의저렴한가스를연료로사용

5 Types of Fuel Cell 고체산화물연료전지 -제3세대연료전지 o C의고온작동하며산소이온 (O 2- ) 이전해질을통과하여연료전극의수소와반응 -고온에잘견디는세라믹재료 ( 주로, 안정화지르코니아 : yittria stabilized zirconia) 가전해질과전극으로사용 -고온작동이므로촉매가불필요 + 여러종류의연료를사용가능

6 Efficiency of Fuel Cells SOFC Efficiency (%) PEMFC PAFC MCFC Solar Cell ,000 10, ,000 Power (kw)

7 Applications 휴대용수백 W 이하 가정용 3 kw 수송용 75 kw 발전용 250 kw 이상 응용분야 대상연료전지 DMFC PEMFC SOFC MCFC SOFC 수소에너지 수소저장기술 ( 고압수소, 액체수소, CNT, 화학수소화물 ) 수소생산기술 ( 화석연료 / 신재생에너지 ) 수소인프라구축 ( 수소스테이션 )

8 수송용 PEMFC 7 kw PEMFC/Battery Hybrid Car (KIST, 2000) 75 kw PEMFC Vehicle (HMC, 2002)

9 DB 정치형 PEMFC 가정용 PEMFC (Ballard, H-Power, Plug Power) 250kW 발전용연료전지 (Poscopower), 5 kw 가정용 PEMFC (CETI- KIER)

10 휴대용 PEMFC Ballard, Casio, Fraunhofer Samsung, Toshiba

11 Other applications of Fuel Cells 가정용연료전지 하이브리드 ( 연료전지 + 배터리 ) 무인헬기 (KIST, 2009) 수소연료전지핸드폰

12 Solar Cell

13 Energy Crisis

14 New Paradigm for Energy

15 New Paradigm for Energy

16 태양광발전의특징 Solar Cell 태양광발전의장점 - 환경적합성 - 연료, 냉각수불필요 - 모듈화 - 단기건설기간 - 부하패턴적합성 - 무보수성, 고신뢰성 : 배가스, 폐열등환경오염과소음이없음 ( 석탄화력발전대비약 240 g-carbon/kwh 절감 ) : 에너지-자원보존, 입지상의제약이적음 : 발전용량의신축성, 발전시설의유동성 : 수요증가에신속대응가능 : 첨두부하경감, 공급예비력감소에효과적대응 : 무인자동화운전가능, 운전비용절감 태양광발전의단점 - 대면적필요 - 이용률낮음 - 불안정성 - 고출력불가능 : 일사량에의존, 대규모발전에대면적이필요 : 야간, 우천시에발전불가능 : 일사량변동에따라출력이불안정 : 공급가능출력에한계, 급격한전력수요대응불가

17 Applications 전등 TV, 에어컨전원 가정용 태양전지 산업전자 광센서 Image sensor 주택 / 건물전원 IR imager 발전용 통신용 Peak 전력보완 광센서 태양광발전소 통신위성 배전선강화용 TV/ 라디오 / 중계기 반도체인프라활용 TFT CMOS TFT-LCD Optoelectronic device SRAM DRAM Flash memory

18 Largest PV Farm in Korea (LG Solar Energy)

19 Photo Voltaic Cell Market

20 PV World Market Installed PV power in 2007: 2,4 GWp 65

21 Metal Isolator Semiconductor Metal either the conduction band is partly filled or no seperate conduction and valence band exist electrons can move freely T resistivity electrons give their energy to the phonons very fast ~ s Band structure Isolator at T = 0 the conduction band is empty very high resistivity band gap E G > 3eV no conductivity despite doping possible

22 Metal Isolator Semiconductor Semiconductor isolator for deep temperatures (T = 0) conduction band at low temperatures as good as empty, valence band almost full band gap 0,1eV < E G < 3eV (intrinsic semiconductor) T resistivity Electrons can stay in the conduction band for about 10-3 s

23 Doping: Change in carrier concentration change in electrical properties Donor - doping add an extra electron number of e - > number valence e - n type dopant E D right under conduction band E C Acceptor - doping add an extra hole number of e - < number valence e - p type dopant E A right above valence band E V n-type doping p-type doping

24 pn-junction under radiation Absorption of light If Eph < Eg no electron-hole-creation If Eph > Eg electron-hole-creation drift and diffusion current and voltage Band structure Solar cell under radiation

25 Solar Cell Types (Structure based)

26 PV Efficiencies

27

28

29 Future of Photovoltaic Cell

30 Thank you!!!

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