연료전지 기술은 흔히 현대 기술로 여겨지지만, 그 역사는 19세기 초 과학자 험프리 데이비 경과 윌리엄 그로브 경이 만든 최초의 프로토타입으로 거슬러 올라갑니다. 1960년대에는 용접 장비, 농업용 트랙터, 심지어 우주 임무에 동력을 공급하기 위한 실용적인 수소 연료 전지 기술이 개발되었습니다. 수소 연료전지 기술의 발전을 가로막는 중요한 장애물은 전지의 액체 전해질에서 가스를 분리하기 위한 내구성 있는 인터페이스 기술을 설계하는 것이었습니다. 인터페이스는 기체 투과성, 전기 전도성, 전해질 부식과 열 발생에 대한 저항성을 모두 갖춰야 했습니다. 오늘날 양성자 교환막(PEM)을 사용하는 구조는 이러한 문제를 대부분 해결하여, 적층형 연료 전지가 운송, 주거 에너지 등 여러 분야에서 깨끗하고 효율적인 전력을 제공하는 실현 가능한 옵션으로 자리 잡았습니다.
그림 1: 전기분해 전지와 연료 전지 회로도
연료 전지는 화석 연료의 대안을 제공하고 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 되는 운송 수단으로 점차 매력적인 대안으로 주목받고 있습니다. 수소를 연료로 하는 연료전지 전기자동차(FCEV)는 현재 BMW, 도요타, 혼다, 현대 등 많은 주요 자동차 제조업체에서 생산되고 있습니다. 수소 전기차는 더 빠른 충전 속도와 더 긴 주행 가능 거리를 제공하므로, 특히 장거리 여행에서는 배터리 전기차(BEV)에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.
고압 수소 충전소는 기존 연료 펌프와 유사하게 작동하는 반면, BEV는 충전 정지가 길거나 더 크고 무거운 배터리가 필요한 경우가 많습니다. 따라서 연료 전지는 빠른 충전, 경량화, 주행 거리 연장이 핵심 요소인 장거리 트럭, 버스 및 기타 대형 운송 분야에 이상적입니다. 그 결과 수소전기차는 트럭 운송과 철도 분야에 점점 더 집중되고 있으며, 이미 많은 도시 지역에서 청정 연료전지 버스와 트램을 볼 수 있습니다. 또한, 소규모 FC 유닛은 냉장 컨테이너와 트레일러에 쉽게 개조할 수 있어 부패하기 쉬운 상품을 차갑게 유지하기 위해 디젤 엔진을 지속적으로 작동시킬 필요가 없습니다.
수소 연료 전지는 고정식 전력 시스템, 건물, 산업 현장, 심지어 지역사회 전체에 전력을 공급하는 데에도 적용되고 있습니다. 연료 전지는 본질적으로 확장성이 있어 셀을 추가하면 전압이 증가하고, 셀 표면적을 넓히면 전류가 증가하며, 여러 스택을 병렬로 연결하면 전력이 증가합니다. 그러나 개별 셀은 상대적으로 낮은 전압(0.5~0.8V)을 생성하기 때문에 일반적으로 연료 전지를 함께 적층하여 높은 전류(수백 암페어)로 200V~300V의 유용한 출력 전압을 제공하여 구조를 단순화합니다(그림 2).
그림 2: 연료 전지 스택 구조
휴대용 전력 애플리케이션은 특히 군사, 의료 및 가전 분야에서 연료 전지의 또 다른 유망한 용도입니다. 연료 전지는 기존 배터리보다 작동 시간이 길기 때문에 원격, 오프 그리드 또는 비상 상황에서 유리합니다. 예를 들어, 미군은 군인들이 무거운 배터리 팩에 대한 의존도를 줄이기 위해 야전 장비에 전력을 공급하기 위한 소규모 연료 전지를 연구하고 있습니다.
최근의 발전에도 불구하고 연료전지 에너지는 여전히 광범위한 채택을 방해하는 내재적인 기술적 과제에 직면해 있습니다. 수소 연료 전지가 에너지 전환에서 중요한 역할을 하기 위해서는 이러한 문제를 해결하는 것이 필수적입니다.
그림 1: 전기분해 전지와 연료 전지 회로도
연료 전지는 화석 연료의 대안을 제공하고 온실가스 배출을 줄이는 데 도움이 되는 운송 수단으로 점차 매력적인 대안으로 주목받고 있습니다. 수소를 연료로 하는 연료전지 전기자동차(FCEV)는 현재 BMW, 도요타, 혼다, 현대 등 많은 주요 자동차 제조업체에서 생산되고 있습니다. 수소 전기차는 더 빠른 충전 속도와 더 긴 주행 가능 거리를 제공하므로, 특히 장거리 여행에서는 배터리 전기차(BEV)에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.
고압 수소 충전소는 기존 연료 펌프와 유사하게 작동하는 반면, BEV는 충전 정지가 길거나 더 크고 무거운 배터리가 필요한 경우가 많습니다. 따라서 연료 전지는 빠른 충전, 경량화, 주행 거리 연장이 핵심 요소인 장거리 트럭, 버스 및 기타 대형 운송 분야에 이상적입니다. 그 결과 수소전기차는 트럭 운송과 철도 분야에 점점 더 집중되고 있으며, 이미 많은 도시 지역에서 청정 연료전지 버스와 트램을 볼 수 있습니다. 또한, 소규모 FC 유닛은 냉장 컨테이너와 트레일러에 쉽게 개조할 수 있어 부패하기 쉬운 상품을 차갑게 유지하기 위해 디젤 엔진을 지속적으로 작동시킬 필요가 없습니다.
수소 연료 전지는 고정식 전력 시스템, 건물, 산업 현장, 심지어 지역사회 전체에 전력을 공급하는 데에도 적용되고 있습니다. 연료 전지는 본질적으로 확장성이 있어 셀을 추가하면 전압이 증가하고, 셀 표면적을 넓히면 전류가 증가하며, 여러 스택을 병렬로 연결하면 전력이 증가합니다. 그러나 개별 셀은 상대적으로 낮은 전압(0.5~0.8V)을 생성하기 때문에 일반적으로 연료 전지를 함께 적층하여 높은 전류(수백 암페어)로 200V~300V의 유용한 출력 전압을 제공하여 구조를 단순화합니다(그림 2).
그림 2: 연료 전지 스택 구조
휴대용 전력 애플리케이션은 특히 군사, 의료 및 가전 분야에서 연료 전지의 또 다른 유망한 용도입니다. 연료 전지는 기존 배터리보다 작동 시간이 길기 때문에 원격, 오프 그리드 또는 비상 상황에서 유리합니다. 예를 들어, 미군은 군인들이 무거운 배터리 팩에 대한 의존도를 줄이기 위해 야전 장비에 전력을 공급하기 위한 소규모 연료 전지를 연구하고 있습니다.
최근의 발전에도 불구하고 연료전지 에너지는 여전히 광범위한 채택을 방해하는 내재적인 기술적 과제에 직면해 있습니다. 수소 연료 전지가 에너지 전환에서 중요한 역할을 하기 위해서는 이러한 문제를 해결하는 것이 필수적입니다.
