수업자료실 - 전기화학 수업자료(ch 8)

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8 장 연료전지 종류

충북대학교

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.1 Introduction

1. 인산형 연료전지 ( PAFC : phosphoric acid fuel cell )

2. 고분자 전해질 연료전지 ( PEMFC : polymer electrolyte membrane fuel cell

혹은 proton exchange membrane fuel cell )

3. 알칼라인 연료전지 ( AFC : alkaline fuel cell )

4. 용융 탄산염 연료전지 ( MCFC : molten carbonate fuel cell )

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.2. 인산형 연료전지 (PAFC)

O H e H O Cathode e H H Anode 2 2 2 2 2 2 1 : 2 2 :         

(8.1)

 PAFC 장점 · 기술적 성숙도 · 뛰어난 신뢰성 및 장시간의 성능 안전 · 비교적 저렴한 전해질  PAFC 단점 · 고가의 백금 촉매 · CO 와 S 의 피독에 대한 민감도 · 운전 중에 지속적으로 공급되어야 하는 부식성의 액체 전해질

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.2. 인산형 연료전지 (PAFC)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.3. 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC)

O H e H O Cathode e H H Anode 2 2 2 2 2 2 1 : 2 2 :         

(8.2)

 PEMFC 장점 · 모든 연료전지 중 가장 높은 전력 밀도 · 좋은 운전 - 정지 능력 · 이동형 전원에 적합한 저온 작동  PEMFC 단점 · 고가의 백금 촉매 · 고비용의 고분자 막과 부가적인 요소들 · 능동적인 물 관리가 필요 · 매우 열악한 CO 와 S 저항성

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.3. 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.4. 알칼라인 연료전지 (AFC)

 AFC 장점 · 향상된 환원극 성능 · 비귀금속 촉매의 이용 가능성 · 낮은 재료 단가와 매우 저렴한 전해질 가격  AFC 단점 · 순수 H2-O2 만을 사용 · KOH 전해질의 지속적인 공급 필요 · 산화극에서 물을 반드시 제거해야함 O H CO CO OH 2 32 2 2     

(8.5)

          OH O H e O Cathode e O H OH H Anode 2 2 2 1 : 2 2 2 : 2 2 2 2

(8.4)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.4. 알칼라인 연료전지 (AFC)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.5. 용융 탄산염 연료전지 (MCFC)

 MCFC 장점 · 연료의 융통성 · 비귀금속 촉매 · 열병합 발전에 유리한 고온의 폐열 (waste heat)  MCFC 단점 · CO2 재순환이 필요함 · 부식성의 용융 전해질 · 장기 성능 저하 / 수명 문제 · 상대적으로 비싼 재료            2 3 2 2 2 2 2 3 2 2 2 1 : 2 : CO e CO O Cathode e O H CO CO H Anode

(8.6)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.5. 용융 탄산염 연료전지 (MCFC)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.6. 용융 탄산염 연료전지 (MCFC)

         2 2 2 2 2 2 2 1 : 2 2 : O e O Cathode e O H O H Anode

(8.7)

 SOFC 장점 · 연료의 융통성 · 비귀금속 촉매 · 열병합을 위한 양질의 폐열 · 고체 전해질 · 상대적으로 높은 전력 밀도  SOFC 단점 · 고온 재료 문제 · 기밀 문제 · 상대적으로 비싼 구성 요소 / 제작 문제

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Chapter 8. 연료전지의 종류

8.6. 용융 탄산염 연료전지 (MCFC)

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Chapter 8. 연료전지의 종류

단원 요약

• 다섯 가지의 주요 연료전지 종류 : 인산형 연료전지 (PAFC), 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC), 알칼라인 연료전지 (AFC), 용융 탄산염 연료전지 (MCFC), 고체 산화물 연료전지 (SOFC) • 다섯 가지 주요 연료전지 유형 중요한 차이점 : 화학반응 , 작동 온도 , 전지 설계 , 촉매 그리고 전극 물질 • 연료전지에서 H₂-O₂ 산화 극과 환원 극의 반쪽 반응을 쓸 수 있어야 함 .

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Chapter 8. 연료전지의 종류

단원 요약

• PAFC 장점 : 기술적인 성숙도 , 신뢰성 , 저렴한 전해질 가격 단점 : 고가의 백금 촉매 , 피독에 대한 민감도 액체 전해질 부식성 • PEMFC 장점 : 높은 전력 밀도 , 낮은 작동 온도 , 훌륭한 운전 - 정지 사이클의 내구성 단점 : 고가의 백금 촉매 , 고가의 전해질 막과 전지 구성 요소 , 취약한 피독 저항성 , 물관리 • AFC 장점 : 높은 환원극 성능 , 비 귀금속 촉매 , 복합 발전을 위한 폐열 생성 단점 : CO₂ 재순환의 필요성에 따른 시스템 복잡성 , 용융 전해질의 부식성 , 상대적으로 고가인 전지 재료

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Chapter 8. 연료전지의 종류

단원 요약

• MCFC 장점 : 연료 융통성 , 비 귀금속 촉매 , 복합 발전을 위한 양질의 폐열 생 성 단점 : CO2 재순환의 필요성에 따른 시스템 복잡성 , 용융 전해질의 부식성 , 그리고 상대적으로 고가인 전지 재료 • SOFC : 장점 : 연료 융통성 , 비 귀금속 촉매 , 완전한 고체상의 전해질 , 복합 발전에 사용 가능한 양질의 폐 열 생성 단점 : 고온에 따른 시스템 복잡성 , 고온 기밀의 어려움 ( 특히 열 사이클에서 ), 상대적인 고가인 전지 요소와 재료 비용

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Chapter 8. 연료전지의 종류

단원 요약

• 연료전지의 연료로는 수소가 최상 • • 고온 연료전지들은 직접 전기 산화나 내부 개질 통해 저 분자량 탄화수소나 CO 를 연료로 사용 • 역사적으로 PAFC 와 AFC 는 광범위한 연구 개발 결과에서 얻은 이점이 있다 . • 오늘날 PEMFC 와 SOFC 는 가장 유망한 전력원으로 자리 잡고 있다 . • PEMFC 는 특히 이동형과 소규모 발전에 유리 • SOFC 경우 분산 발전과 공공 규모의 전력 원으로 적합 평가