수소연료전지는 배터리인가?

연료전지가 무엇인지부터 살펴보자

1960년대 우주선에 쓰였다는데

그때는 화석연료의 고갈을 예상하지 못하고 환경오염에도 관심이 없었을 것 같긴한데

수소를 이용한 연료전지가 맡는 말인데

 

출처 현대차

 

말 그대로 연료를 사용하여 전기를 만들어내는 장치로서, '3차 전지'라고도 부른다. 연료나 재질에 따라 PEMFC[1], SOFC[2], MCFC[3]등의 다양한 종류가 존재한다.

연료를 태워서 발전기를 돌리는 것이 아니라 연료의 화학반응에서 직접 전기를 얻는다. 가장 기초적인 형태의 연료전지는 수소와 산소를 사용하는 것으로서, 수소와 산소가 반응하여 물이 만들어지는 반응을 사용한다. 간단히 요약하자면 물을 전기분해하면 양극에서는 산소가 생성되고 음극에서는 수소가 생성되는데, 이 과정을 완전히 거꾸로 진행시킨다고 보면 된다. 메탄올 등의 알코올을 사용하는 연료전지도 있다. 주스나 혈액에 있는 당으로 작동하는 연료전지도 있다. 발전용으로 쓰이는게 아닌 페이스 메이커같은 신체삽입물 충전에 쓰이거나 혈당이나 과당을 측정하는 기기에 쓰이는 방식.

PEMFC의 경우 수소와 산소를 사용하는 연료전지의 음극(anode)에서는 H2인 수소가 2개의 수소 이온과 2개의 전자로 분해된다. 전자는 도선을 타고 양극(cathode)로 이동하고, 수소 이온은 전해질(electrolyte)를 통과하여 양극으로 이동하게 된다. 양극에서는 이동해온 수소 이온과 전자, 산소가 반응하여 물이 생성된다. SOFC의 경우 양극(anode)에서 산소가 산소이온과 전자로 분리되고 음극에서 산소이온, 수소, 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이 과정에서 존재하는 전자의 이동을 전력으로서 사용한다는 것이 연료전지의 기본 개념이다.

연료전지와 배터리(2차 전지)는 큰 차이가 있는데, 배터리가 전기를 저장하는 장치[6]라면 연료전지는 전기를 만들어내는 발전기와 같은 장치이다. 따라서 배터리는 그 자체만 가지고 있으면 전력원으로서 사용 가능하지만, 연료전지는 수소나 산소 같은 연료를 내부에 넣어 반응시켜야 전력원으로서 사용 가능하다. 또한 충전시간이 꽤 오래 걸린다는 한계가 있는 배터리와는 달리, 연료전지는 그냥 열기관과 같이 연료만 채워넣으면 되므로 충전시간이 비교적 빠르다. 또 시간의 경과에 따라 발생되는 자연방전 문제를 심히 고민해야 하는 배터리와는 달리, 연료전지는 분자 크기가 작아 용기 표면으로 누출되는 양을 무시할 수 없는 수소를 제외하면 자연방전 문제에 있어서 자유롭다.

(출처 나무위키)

 

연구논문을 찾아보니 세상에 2004년 논문이 검색됩니다 

손재익 한국에너지기술연구원 수소에너지기술 논문

수소에너지를 이용한 기술 중 연료전지 기술이 가장 효과적인 방법으로 인정되고 있다. 재래식 열연기관의 경우 일반적으로 33% 내지 35% 정도의 열효율로 전기를 얻을 수 있는데 반해 연료전지의 경우 전기생산 효율은 약 60%까지 올릴 수 있고 전체 에너지(전기와 열) 효율을 고려하면 85%까지도 생산이 가능한 상태이다. 더구나 연료전지의 경우 공해 배출이 거의 없다는 장점이 있다. 따라서 연료전지 기술은 21세기의 당면문제인 화석연료의 고갈과 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다. 본 총설에서는 여러 가지 수소 제조 기술과 연료전지 기술 가운데 가장 실용화에 가깝고 실용화되면 배터리 대체, 소규모 주택용 및 건물용 전원, 자동차용 전원 등으로 사용할 수 있어서 경제 및 기술적인 파급효과가 큰 PEMFC와 DMFC에 대한 최근의 연구개발 경향을 정리하였다.

https://www.cheric.org/research/tech/periodicals/view.php?seq=441321

수소·연료전지 기술

 

제가 관심있는 건 지게차 이동식 충전소 버스 등 물류에 영향을 주는 요소들입니다 발전기두요

관련 최근 기사들을 보니 이제 시작단계에 이긴 합니다(지게차는 아니군요)

엄밀히 수소연료전지지게차는 아닐 수도 있다는데 그건 더 공부해봐야겠죠

 

 

이동식 수소충전소 개발 

http://www.h2news.kr/mobile/article.html?no=8069

수소경제 활성화 전초기지 ‘이동식 수소충전소’

 

수소연료전지 굴삭기 

http://www.hellot.net/new_hellot/magazine/magazine_read.html?code=201&sub=004&idx=50547

현대건설기계-현대차, 수소연료전지 굴삭기 개발 나서…2023년 상용화

https://news.v.daum.net/v/20200219030326142

지게차-굴착기에도 '수소연료전지'

전기차 수소차 비교

https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=17848859&memberNo=35002835&vType=VERTICAL

세계는 ‘전기차’ 향하는데…한국은 홀로 ‘수소차’ 노선

수소연료전지버스

https://www.gov.kr/portal/ntnadmNews/1502802

‘쓰레기로 만든 수소’로 차가 달린다 | 기관 소식 | 정책·정보 | 정부24