연료전지 기본개념 및 응용분야

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연료전지란 무엇인가

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수소연료전지 프로젝트형 사업 사업단장 제안서

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수소연료전지 기술개발 현황

김준학97.PDF

2009_KEEI_연차보고서

➊ Special Issues 그림 1 다양한경로의 CO 2 재활용방법 (Source : Carbon Dioxide Utilization, DNV Report 2011) 라최근에는온실가스인 CO 2 를개미산으로전환하여재활용하는기술이개발되고있다. 개미산은초기에는개미 (a

머리말

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118 산업이슈 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 Ⅰ. 수소경제시대의도래 Ⅱ. 연료전지산업의개요 목 차 Ⅲ. 연료전지의용도별개발현황 Ⅳ. 향후전망및시사점 Ⅰ. 수소경제시대의도래 11) 수소경제시대의개념 - 수소경제란탄소 (C) 를중심으로구축되어온에너지기반이수소 (H)

낙랑군

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유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구

[수도권대기환경청 소식] 1. 제10차 수도권 대기환경정책 연구회 년도 1/4분기 직장교육 26 제5절 환경용어 해설 교토메카니즘(Kyoto Mechanism) 라돈(Rn) 배출가스 재순환장치(EGR, Exhaust G

목차 Ⅰ 시험개요 1 Ⅱ 건전지품질비교시험결과요약 4 Ⅲ 건전지종합평가표 8 Ⅳ 시험결과조치계획 9 [ ]

➍ Special Issues 러한수소를에너지저장매체로사용한다면간헐적전원인풍력등과같은재생에너지원과연계되어운용될때발생되는계통의불안정성을보완해줄수있는최선의방안이된다. 본고에서는수소의에너지저장능력과이를이용하는시스템그리고향후전망등에대하여간략히기술하고자한다. 2 현황 수소는지구

Journal of Life Science 2011, Vol. 21. No μ μ

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목 차 1. LED/ 광 1 2. 자동차 의료기기 정보가전 플랜트엔지니어링 생산시스템 조선 로봇 화학공정 세라믹 디스플레이 이차전지

태양광산업 경쟁력조사.hwp

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한국전지학회 춘계학술대회 Contents 기조강연 LI GU 06 초강연 김동욱 09 안재평 10 정창훈 11 이규태 12 문준영 13 한병찬 14 최원창 15 박철호 16 안동준 17 최남순 18 김일태 19 포스터 강준섭 23 윤영준 24 도수정 25 강준희 26

PowerChute Personal Edition v3.1.0 에이전트 사용 설명서

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ETC Electrolytic Technologies Corporation Electrolytic Technologies Corporation (ETC) (High Strength Sodium Hypochlorite). ETC.,. ETC,,. - (Cl2) (NaOH



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특집 30 그러나 애석하게도, 대부분의 지구촌 사람들이 도시적 삶을 영위하고 있다는 현실을 고려할 때 이와 같이 자연친화적인 생태환경이란 일종의 실락원 이 아닐 수 없다. 그동안 인공 환경을 구축하는 데 집중해온 인류는 규모와 복합성 측면에 서 자연으로부터 너무 멀리

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2014밝고고운동요부르기-수정3

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슬라이드 1

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2003 Digital for Next Generation

경북자동차부품관련연구소의효율적 운영방안

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110 글로벌 경제이슈 상용차 생산은 2월에 수요 증가로 급등세(17%)를 기록한 이후 다소 둔화되다 가 3분기 들어 다시 급격한 증가세를 기록 중국 자동차생산 추이 승용차 및 상용차생산 추이 160 (만대) (전년동월대비, %) (만대) (전년동월대비,

1. REACTOR TAP 90% 로변경, 제작공급한사유 - 고객요청사항은 REACTOR 80% 운전기준임. - 삼성테크윈에서사용하는표준 REACTOR 사양은 80%, 75%, 70% 로 STARTER 도면은표준사양으로제출됨. - 동프로젝트용모터사양서 / 성적서확인결과

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며 오스본을 중심으로 한 작은 정부, 시장 개혁정책을 밀고 나갔다. 이에 대응 하여 노동당은 보수당과 극명히 반대되는 정강 정책을 내세웠다. 영국의 정치 상황은 새누리당과 더불어 민주당, 국민의당이 서로 경제 민주화 와 무차별적 복지공약을 앞세우며 표를 구걸하기 위한

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歯회로이론

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전기정보 11월(내지).qxp

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서강대학교 기초과학연구소대학중점연구소 심포지엄기초과학연구소

수신

목차 원하시는 화물 포장 안내를 클릭하십시오. 일반 화물 포장 안내 3 컴퓨터 기기 화물 포장 9 자동차 및 기계 부품 포장 안내 및 설계 15 배터리 배송물 포장 23

신재생에너지보급여건 신재생에너지설비현황및계획 07 년상위 5 개광역시도및충남의신재생에너지공급비율비교 [ 단위 : 천 TOE] 충남태안 14MW 급태양광발전소 - 상업발전 LG 솔라에너지가 1100 억원을들여건설 충남당진부곡산업단지 2.4MW 연료전지발전소 - GS EP

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신성장동력업종및품목분류 ( 안 )

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노원 SH 공사內, 2.4MW 연료전지발전소 (09.5 (09.5 준공 )

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Fuel Cell Fuel Cell 연료전지 O2 H2 연료전지.indd 오후 4:54:56

Transcription:

신에너지첨단소재및혁신융합기술 - 제 2 강 연료전지기본개념및응용분야

목 차 연료전지의정의 연료전지의역사 연료전지의발전원리 연료전지의종류 연료전지의응용분야 연료전지의국내외기술동향 연료전지의시장규모 결언

들어가며 수소연료전지는친환경적이고, 획기적인에너지원으로서미국의에너지자립도를높일것이다. 이에향후 5 년간 12 억불을투자 ( 국정연설, 03.1) 연료전지자동차와가정용연료전지시스템을 3 년이내에실용화 ( 고이즈미총리국회연설, 02. 2) 명실공히수소시대로가고있다. 제임기동안적극적으로밀어드리겠다. 자랑스럽다. ( 에너지자문회의에서연료전지차승차후, 05.3)

연료전지의정의 연료의산화 ( 酸化 ) 에의해서생기는화학에너지를직접전기에너지로변환시키는전지 장점 무공해 : NOx 및 SOx 를배출하지않음 무소음 : Moving part 가없음 고효율 : Carnot cycle 의제한을받지않음 다연료 : 수소, 석탄가스, 천연가스, 바이오가스등 열병합 : 폐열활용이가능함 단점 경제성 기술의신뢰성및내구성

연료전지의역사 1839 년영국의 Grove 경에의해연료전지 작동원리의발견 1937 년영국의 Bacon 에의해연료전지개발 1960 년대미국의 Gemini program 에서 연료전지우주선탑재 1990 년대자동차등산업에연료전지적용

연료전지의역사 Invention of fuel cell Scientific curiosity Reinvention Industrial curiosity Space program Entrepreneural phase Birth of new industry 1839 1937 1960 s 1990 s Fuel Cell history time line

연료전지의발전원리 Anode : 2H 2 4H + + 4e - Cathode : O 2 + 4e - 2O 2O 2- Overall : 2H 2 + O 2 2H 2 O

연료전지의발전원리 연료전지에서의실제전압 V = E η V : 작동전압 η: 과전압 η = η a + η b + η c η a : 활성화과전압 (activation overpotential) η b : 농도과전압 (concentration overpotential) η c : 저항과전압 (resistance overpotential)

연료전지의발전원리 Thermodynamic reversible cell potential (E) Intrinsic maximum efficiency The ideal cell-potential-current relation Cell Potential, Volts Cell-potential losses due to activation overpotential (Lack of electrocatalysis) Linear drop in cell potential mainly due to ohmic losses in solution between electrodes Mass-transport losses cause decrease of cell potential to zero 0 Current Density, ampere/cm 2 연료전지전류 VS. 전압곡선

연료전지의종류 연료전지의형태 전해질 (Phase) 작동온도 알칼리형연료전지 (Alkaline Fuel Cell) 용융탄산염연료전지 (Molten Carbonate Fuel Cell) 인산형연료전지 (Phosphoric Acid Fuel Cell) 고분자전해질연료전지 (Polymer Electrolyte Fuel Cell) 고체산화물연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell) KOH (Liquid) Lithium or potassium carbonate (Liquid) Phosphoric Acid (Liquid) Polymer membrane (Solid) Yttria-stabilized (Solid) 80 o C 650 o C 170 o C ~ 200 o C 25 o C ~ 100 o C 700 o C ~ 1000 o C 직접메탄올연료전지 (Direct Methanol Fuel Cell) 와직접개미산연료전지 (Direct Formic Acid Fuel Cell) 는 고분자전해질연료전지의일종

알칼리형연료전지 (AFC) 연료전지중가장높은전기효율 순수한가스 ( 수소 ) 로만작동가능 주요특성 운전온도 : 60 ~ 90 발전효율 : 45 ~ 60% 전해질 : 수산화칼륨 ( 액체 ) 촉매 : Platinum on Carbon 주연료 : 수소 용도 : 특수목적 ( 우주선전원, 잠수함 )

용융탄산염연료전지 (MCFC) 높은작동온도에따른폐열이용가능 다양한종류의연료로작동가능 주요특성 운전온도 : 600 ~ 700 발전효율 : 45 ~ 60% 전해질 : Lithium, Potassium Carbonate ( 액체 ) 촉매 : Li 2 CO 3, K 2 CO 3 / 니켈, 니켈화합물 주연료 : 천연가스, LPG, 석탄가스 용도 : 분산형, 열병합, 대형발전소등수 MW 급

인산형연료전지 (PAFC) 상용화된시스템중가장발전된시스템 고정용발전설비로서사용 (0.2 ~ 20MW MW) 주요특성 운전온도 : 190 ~ 220 발전효율 : 45 ~ 50% 전해질 : 인산 ( 액체 ) 촉매 : Platinum on PTFE/Carbon 주연료 : 천연가스, 메탄올 용도 : 현지설치 / 분산형, 소규모발전소, 병원등 PTFE : Polytetrafluoroethylene

고분자전해질연료전지 (PEFC) 양성자가전도되는막을전해질로사용 낮은온도에서사용가능 주요특성 운전온도 : 25 ~ 100 발전효율 : 40 ~ 60% 전해질 : Polymer Membrane 촉매 : Platinum 주연료 : 수소, 메탄올, 개미산 용도 : 수송용, 분산형, 휴대용발전기등 Cf. PEM : Proton Exchange Membrane

고체산화물연료전지 (SOFC) 고체전해질로서전해질누설의위험이없음 촉매층의수분범람문제가없음 주요특성 운전온도 : 800 ~ 1000 발전효율 : 50 ~ 60% 전해질 : Yttria Stabilized Zirconia ( 고체 ) 촉매 : 니켈 /Zirconia 합금 주연료 : 천연가스, 석탄가스 용도 : 분산형, 열병합, 대형발전소등

연료전지의응용분야

휴대용연료전지 휴대용연료전지의필요성 휴대전화기능 & 소비전력증가 통화전용 메일 칼라액정 동영상카메라 소비전력 DMB 지상파전송 New Battery LiB (Fuel Cell) NiCd NiH 1995 2000 2005 2007

휴대용연료전지 2차전지와연료전지의가격비교 Unit Energy Cost ($/Wh Wh) Percentage of total DMFC cost (%) OEM : Original Equipment Manufacturing

휴대용연료전지 상용화로드맵

가정용연료전지 도시가스를이용한가정용연료전지는전기생산의비용을절감하고청정에너지를안정적으로공급

가정용연료전지 상용화로드맵 ~ 2004 ~ 2007 ~ 2010 2011 ~ 3kW 급가정용열병합시스템 5 ~ 10kW 상업용열병합시스템 3kW 급실증평가 5 ~ 10kW 급실증평가 전기사업법개정및특별법제정 발전차액지원의무할당제도입 2012 년까지 10,000 기보급

수송용연료전지 대기오염기여도 40% CO2 발생량 20% 연료전지자동차의개발 석유사용량 21%

수송용연료전지 연료전지자동차기술개발과제 항목 내구성 ( 수명 ) 냉시동성 자동차가격 현재 2000 시간 (4 년 ) 영하 20 10 억원 / 대 목표 5000 시간 (10 년 ) 영하 40 1억원 / 대 주행거리 ( 현재 ) 주행거리 ( 향후 ) CO2 배출량 (g/km) 가솔린내연기관 140 원 /km 280 원 /km 240 연료전지 125 원 /km 40 원 /km 0

수송용연료전지 상용화로드맵 연료전지 1단계 (~ 06) 2단계 ( 07 ~ 09) 3단계 ( 10 ~) 자동차 선행기술개발및실증시험 양산설계 / 생산기술확보 소량생산 가격경쟁력및내구성향상

발전용연료전지 연료전지발전과화력발전의비교 연료전지발전 화력발전효과 발전효율 50 ~ 60% ( 열병합시 80%) 20 ~ 30% 에너지절약 공해배출 NOx 0.04% (CO 2 40% 저감 ) SOx, NOx, Dioxin 등 청정에너지 연 료 석유, 석탄가스천연가스, 수소 석유, 석탄가스천연가스 대체에너지 입 지 도심지 원거리지역 송배전투자저감

발전용연료전지 상용화로드맵 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 기술개발및보급기반구축 사업기반구축 시장진입및본격보급 규격결정 기술개발 (250kW 급 ) 실증시험 MW 급 MCFC 시스템개발 선도기업과전력적제휴 Joint Venture 250kW 급 10 기시범보급사업 본격적인생산 / 보급 MW 급시스템실증시험 실증시험및보급기반구축 시장형성 독자모델개발및시장확대

연료전지의국내기술개발동향 ( 휴대용 ) IT 기기 ( 휴대폰, 노트북, PDA 등 ) 와같은분야에적용하기위한소형연료전지의개발 한국에너지기술연구원 : 과기부의국가지정연구실사업을통한소형이동용연료전지개발수행 KIST, GIST, 서울대, 연세대등에서촉매, 전해질막, MEA 등에대한기초연구진행중 2002 년 CETI 에서국내최초연료전지노트북개발 2004 년 4월삼성종합기술원에서연료전지탑재노트북개발 2005 년 9월 LG 화학에서 25W 급노트북용연료전지 시제품공개 PDA : Personal Digital Assistants

연료전지의국내기술개발동향 ( 휴대용 ) 메탄올 100CC 로 10 시간구동 삼성의연료전지노트북

연료전지의국내기술개발동향 ( 휴대용 ) LG 화학에서개발한노트북용연료전지

연료전지의국외기술개발동향 ( 휴대용 ) 북미 : 휴대용분야에가장활발한연구, 시제품개발수준 일본 : 대부분의배터리, 전자기기업체들이일반소비자를위한대량생산계획 유럽 : 독일을중심으로활발한연구, 아직뚜렷한성과를얻지못함

연료전지의국외기술개발동향 ( 휴대용 ) Ball Aerospace - 제품명 : PPS-50 - Power : 50W - Fuel : 수소 - 군용으로사용중 Colman Powermate - 제품명 : AirGen - Power : 1kW - Fuel : 수소 - 2004 년판매시작 ( 약 $6000)

연료전지의국외기술개발동향 ( 휴대용 ) 노트북용연료전지 (Millennium Cell) 핸드폰용연료전지 (Casio) PDA 용연료전지 (Hitachi)

연료전지의국내기술개발현황 ( 가정용 ) 과기부나산자부의주관으로진행중 한국에너지기술연구원 1996 년 : 2kW 급고분자연료전지스택개발 1999 년 : 5kW 급고분자연료전지스택및시스템개발 ( 메탄올 ) 2001 년 : 5kW 급연료전지시스템개발 ( 도시가스 ) 2002 년 : 정부과제로소형화, 자동화된 3kW 급가정용연료전지시스템 KIST 1999 년 : 3kW 급 PEMFC 시스템개발 2005 년 : 1kW 급 SOFC 시스템개발

연료전지의국내기술개발현황 ( 가정용 ) 대구도시가스 - 2004 년 3월 2kW 급가정용연료전지시스템개발 GS Fuel Cell - 2004 년 4월 1kW 급가정용연료전지시스템개발 - 효율 : 최대 76% - 연료 : 도시가스 FuelCell Power 2004 년 6월 1kW 급가정용연료전지시스템개발 효율 : 최대 75% 연료 : 도시가스

연료전지의국외기술개발현황 ( 가정용 ) 북미 : Ballard 사를중심으로 2005 년상용화 유럽 : Baxi 와 Vaillant 에서가정용열병합발전시스템개발 일본 : 산요전기, 마쓰시타전기, 에바라발라드등의주요제조업체에서 1 ~ 2kW 급가정용열병합발전시스템개발

연료전지의국외기술개발현황 ( 가정용 ) Balard Power System - 1kW 급가정용열병합발전 - 효율 : 최대 92% - 연료 : 도시가스 - 2005 년시판 ($4,000) Avista Labs - 1kW 급백업전원용 - 연료 : 산업용수소 - 시제품판매중 ($8,050)

연료전지의국외기술개발현황 ( 가정용 ) NUVERA Fuel Cells - 1kW 급가정용열병합발전 - 연료 : 도시가스 - Proto type 실증시험중 Sanyo Electric - 1kW 급가정용열병합발전 - 연료 : 도시가스 - 2005 년시판 ($4,000)

연료전지의국내기술개발현황 ( 수송용 ) 현대자동차 (2002) - 제품명 : 싼타페 - Power : 75kW - Fuel : 수소 - 주행거리 : 160km 현대자동차 (2004) - 제품명 : 투싼 - Power : 80kW - Fuel : 수소주행거리 : 300km - 혹한 (-20 ) 에서주행

연료전지의국외기술개발현황 ( 수송용 ) 미국 : PNGV (Partnership for a New Generation of Vehicles) 라는수송용연료전지개발프로젝트를추진 (1993 ~ 2002) 일본 : 일본엔지니어링진흥협회 (ENAA) 의주관으로연료전지자동차주행시험 (2002 ~ 2005) 유럽 : PSA, 르노, Volvo, De Norra 등이참여한 JOULE Program 을 1993 년부터시작

연료전지의국외기술개발현황 ( 수송용 ) 유럽청정도시교통프로그램 (CUTE: (CUTE: Clean Urban Transport in Europe) 연료전지버스 30 대 (EU 27 대, 아이슬란드 3대 ) 를도입하는데 5천만유로이상투자, 이는 EU 전체투자비의 1/3 연료주입방법, 액화수소운반의실용성과경제성, 물전기분해나천연가스전환을통한수소제조 등의시험장

연료전지의국내외기술개발현황 ( 수송용 )

연료전지의시장규모 발전용 가정용 수송용 이동형 세계시장 (2010 년기준 ) US$ 120~220 억 (ABI 사예측 ) US$ 240 억 (BC Inc. 예측 ) US$ 150 억 (ABI 사예측 ) US$ 25 억 (ABI 사예측 ) 국내시장 (2010 년기준 ) 1.4 조원 ( 한전예측 ) - 0.6 조원 (2015 년, 현대차예측 ) 0.4 조원 ( 산업자원센터예측 ) ( $ 1 = 1,100 원 )

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