[에너지공학] 고체산화물 연료전지(SOFC)

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2008.10.17 / 2019.12.24
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목차: 1. 연료전지의 정의
2. 연료전지의 종류
3. SOFC의 등장
4. SOFC의 특징
5. SOFC의 장점
6. SOFC의 단점/해결점
7. SOFC의 동작 원리
8. 셀의 구조와 재료
9. 저온작동 SOFC의 개발
10. SOFC의 상용화 가능성과 전망
11. 국가별 SOFC 기술 개발 현황
12. 결론
13. 레퍼런스

본문내용: 1. 연료전지의 정의

연료전지(Fuel Cell)란 전기화학반응에 의해 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전기화학 장치를 말한다. 기본 원리는 아주 단순하다. 석유나 천연가스 등의 화석연료를 개질하여 얻은 수소나 순수한 수소를 공기중의 산소와 반응시킴으로써 전기에너지를 추출하며, 이때 열과 수증기(물)가 부산물로 얻어지게 된다. 연료전지는 그 이름에서 보듯이 전지와 엔진의 성격을 동시에 지니고 있다고 볼 수 있다. 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산한다는 점에서는 전지의 성격과 유사하나, 주입된 연료에 따라 작동한다는 점에서는 엔진과 유사한 점이 많다. 이 때문에 연료전지는 최근 각광을 받고 있는 2차 전지와는 다른 차별적인 개념으로 이해하는 것이 바람직하다.
연료전지의 원리는 1839년 영국의 물리학자에 의해 처음으로 밝혀진 것으로 전혀 새로운 것이 아니다. 이후 연료전지는 1960년대초 미국의 우주선에 탑재됨으로써 세상에 처음으로 이름을 알렸지만, 그 후에도 일부 발전용이나 우주·항공용으로만 사용되었을 뿐 일반에게는 여전히 생소하기만 한 개념으로 남아 있었다.
그러나 최근 들어 상황은 180도로 달라지고 있다. 1990년대 이후 거의 모든 자동차기업들이 연료전지 자동차 개발에 나서고 있는 것을 시작으로, 발전 설비 및 서비스 기업, 에너지기업, 전기·전자 기업, 화학기업들도 직간접적으로 연료전지 개발 및 실용화에 속속 참여하고 있다.
<1.현대에서 개발중인 연료전지차>
2. 연료전지의 종류

수소 외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 기체연료와, 메탄올(메틸알코올) 및 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등 여러 가지의 연료전지가 나왔으며 이 중에서, 작동온도가 300 ℃ 정도 이하의 것을 저온형, 그 이상의 것을 고온형이라고 함. 또, 발전효율의 향상을 꾀한 것이나, 귀금속 촉매를 사용하지 않는 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2세대, 보다 높은 효율로 발전을 하는 고체전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라고 한다.
종류
고온형 연료전지
저온형 연료전지
용융탄산염연료전지(MCFC)
고체산화물연료전지(SOFC)
인산형연료전지(PAFC)
고분자형연료전지(SPEFC)
알카리연료전지(AFC)
전해질
65
세라믹 산화물
인산
고분자막
알카리
작동온도
약 650oC
약 1000oC
약 200oC
약 80oC
약 80oC-100oC
사용분야
대용량 화력발전소 대체용(수십 MW)
대용량 화력발전소 대체용(수십 MW)
소규모 발전소(MW급이하)병원,호텔,버스
휴대용 발전기,교통수단(승용차,버스,선박),우주선
군사용,우주선등 특수용도

3. SOFC의 등장

세계 에너지 수요가 산업의 발전과 인구 증가에 따라 계속 증가하는 추세에 있다. 현재 주요 엔지원인 화석 연료의 고갈과 함께 환경오염에 따른 지구 온난화 등 부작용으로 친환경적이면서 효율이 높은 고체산화물 연료전지(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell)의 중요성이 강조되고 있다.
원인.
-석유는 2010~2020년, 천연가스는 2020~20205년에 생산량이 정점에 도달할 것으로 예상.
-1997년 온실가스 감축을 위한 교토의정서가 채택되어 우리나라를 비롯한 119개국이

참고문헌: ① 유재영, 김강희, 여운동, 고체산화물 연료전지-SOFC의 연구동향 및 상용화 가능성, 한국과학기술정보연구원, 2004
② 혼마 다쿠야, 연료전지의 활용, 전파과학사, 2007
③ 혼마 다쿠야, 그림으로 보는 연료전지, 교보문고, 2007
④ 한국에너지기술연구소, 고체산화물 연료전지 기술 개발, 과학기술부, 2000
⑤ 한국과학기술연구원, 탄화수소를 연료로 사용하는 마이크로 고체산화물 연료전지 기술 개발, 과학기술부, 2006
⑥ Wolf Vielstich, Handbook of Fuel Cell, Willley, 2004
⑦ Subhash C Singhal, High Temperature SOFC, Elsevier, 2003
⑧ 김재동, 고체산화물 연료전지 발전 시스템, 한국과학기술정보연구원, 2004
⑨ 고체산화물 연료전지의 개발 현황 및 전망, 요업기술원, 2002

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