연료 전지 작동 방식
연료 전지는 역 전기 분해로 알려진 전기 화학 반응을 통해 전기를 생성합니다. 연료전지는 수소(H2 ) 및 산소(O 2 ) 사이의 화학 반응에서 직접 전기를 생성하는 장치입니다. . 연료 전지는 배터리처럼 주기적으로 충전하거나 발전기처럼 연소 에너지를 전기로 변환할 필요가 없습니다. 대신 연료원이 있는 한 계속해서 전기를 생산하십시오.
연료전지 발전은 물(H 2 O)는 전기분해의 반대이다. 수전해에서 전해액에 전압을 가하면 물의 수소 이온(H + )는 전자( 이자형- )를 주어 수소와 수산화물 이온(OH- ) 전자를 잃고 산소와 물이 된다. .
반면 연료전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된다. 수소 가스가 전해질에 도입됩니다. 양극 사이트에서 수소 분자는 수소 이온과 양성자로 분리됩니다. 수소이온은 다공성 전해질막을 통해 음극으로 흐르고, 전자는 회로를 통해 흘러 전기를 발생시킨다.
음극에서 산소는 회로와 산소 이온(O 2 – ) 생성. 그런 다음 전해질의 수소와 산소 이온이 결합하여 물을 형성합니다.
메커니즘으로 인해 연료 전지는 매우 깨끗하고 탄소가 전혀 없습니다. 이러한 특성으로 인해 발전 및 기타 응용 분야에서 매력적인 연료가 됩니다.
대체연료로서의 연료전지
연료 전지는 이산화탄소(CO2)를 사용하여 전기를 생성합니다. 처분하다 하지 않기 때문에 온실가스 배출을 줄일 수 있는 가장 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 연료 전지는 물만 생산하고 환경을 거의 오염시키지 않습니다. 즉, 그린 에너지를 청정 에너지원으로 사용할 수 있습니다.
일본은 파리협정에 따라 2015년부터 2030년까지 CO2를 포함한 온실가스 배출량을 2013년 대비 26% 감축하는 목표를 가지고 있다. 붓다 세워짐 ~이다 . 가스, 석탄, 석유가 발전량의 70% 이상을 차지하며, CO2 2 배출량 증가에 기여합니다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지의 개발과 도입이 진행되고 있지만 기후에 의존하기 때문에 안정적인 공급이 어려운 실정이다.
주로 화력 발전소에서 사용되는 발전기는 에너지로 터빈을 구동하여 전기를 생산합니다. 터빈은 연료를 태워 물을 가열하고 물을 증기로 바꿉니다. 발전용량이 큰 것은 장점이나 에너지 손실이 크고 식물 수가 많은 경향이 있다는 단점이 있다.
반면 연료전지는 일반 발전기에 비해 발전 시 소음과 진동이 적고 연료전지 설치를 단시간에 완료할 수 있다. 수력/화력/원자력 발전소와 달리 연료 전지는 소규모 상업 시설에 적합합니다. 이 발전을 분산 전력이라고 합니다. 지역 에너지 소비를 위한 지역 생산 송전 손실을 줄여 지역 경제 활성화에 도움이 될 것으로 기대된다.
연료전지는 열을 발생시켜 전기를 생산하므로 폐열을 이용하여 물을 생성하고 이를 2차 에너지로 활용한다는 것이 연료전지의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 연료 전지가 수소 가스를 생성하면 CO가 생성됩니다. 2 화력발전 등 타 발전량 대비 CO 열당 CO2 2 발생률이 낮습니다.
연료전지의 종류
연료전지는 발전 방식과 용도에 따라 고유한 특성을 가지고 있습니다. 다음 4가지 유형의 연료 전지가 일반적으로 사용됩니다.
고분자 전해질 연료 전지(PEFC)
일본에서는 고분자전해질 연료전지가 발전소, 연료전지자동차 등 국내 연료전지 시스템의 실용화에 주로 사용되고 있다. 양성자 전도성 고분자막이 전해질로 사용됩니다. 가정용 연료전지는 도시가스에서 얻은 수소를 연료로 사용합니다. 연료전지는 상대적으로 낮은 온도(섭씨 70~90도)에서 작동하며 발전 효율이 30~40%로 낮고 폐열을 이용해 온수를 공급할 수 있다.
인산 연료 전지(PAFC)
인산 연료 전지(PAFC)는 공장 및 사무실의 열병합 발전 응용 분야에 사용됩니다. 식품 공장, 반도체 공장 등에 사용 PAFC는 진한 인산이 함침된 소결 실리콘 카바이드 분말 시트를 전해질로 사용합니다. 발전 효율은 35~42%이고 작동 온도는 약 180~200°C입니다.
용융 탄산염 연료 전지(MCFC)
MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell)는 화력발전소와 같은 고성능 발전설비를 대체하기 위해 필수적입니다. MCFC는 다공성 세라믹 매트릭스 또는 전해질 역할을 하는 기타 물질에 현탁된 용융 탄산염을 사용합니다. 발전 효율은 40~50%이지만 작동 온도는 600~700°C입니다. 해외 수도 공급 당국은 MCFC의 시범 배치를 주도하고 있습니다.
고체 산화물 연료 전지(SOFC)
고체 산화물 연료 전지(SOFC)도 고성능 발전기로 사용됩니다. SOFC는 지르코니아 세라믹을 전해질 재료로 사용합니다. 가정 및 자동차 애플리케이션을 위한 개발은 계속됩니다. 700~1,000℃의 고온에서 작동하며 발전 효율이 40~65%로 높다.
연료전지의 미래
연료전지시스템은 화석연료의 막대한 소비로 인한 기후변화에 직면한 지구온난화에 가장 잘 대처하는 시스템이다. 그린 에너지 개발은 전 세계적으로 훨씬 더 촉진되어야 합니다. 소형 연료전지는 특히 소규모 발전에 적합해 데이터센터와 공공시설의 백업 전원으로 주목받고 있다.
일본에서는 지진, 태풍 등의 자연재해가 다발하고 있어 많은 지방자치단체와 정부기관에서는 장기 정전에 대비해 소규모 민자 발전 시스템을 설치하는 등 대책을 강구하고 있다. 연료 전지는 발전 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
작고 가벼운 연료 전지는 현재 휴대용 배터리를 사용하는 휴대용 장치에 전원을 공급할 수 있습니다.
ICT 및 기타 신흥 기술의 지속 가능한 프레임워크인 스마트 도시가 일본에서 부상하고 있습니다. 연료 전지는 스마트 시티 및 기타 실증 실험에서 널리 사용됩니다. 고베시는 혁신 기술 개발을 지원하기 위해 “수소 스마트 시티 고베 계획”을 시작했습니다. Kyushu University의 Ito 캠퍼스는 수소 에너지 연구에 중점을 두었습니다. 점점 더 많은 사람들이 스마트 시티 솔루션에 합류했습니다.
예를 들어 실증실험에서 수소충전소에서 태양전지 자동차에 수소를 충전할 수 있으며, 연료전지 자동차는 이동수단뿐만 아니라 배터리, 가정, 등 기구.
그러나 수소 공급 네트워크를 지원하기 위해 더 많은 인프라가 필요하기 때문에 많은 기업들이 해안 지역에서 실험적으로 연료 전지 사용을 구현하고 있습니다.
연료가스로부터 수소를 생산하는 것 외에도 음식물쓰레기로부터 바이오가스를 활용하는 연구와 수소 없이 메탄올을 전해질로 사용하는 연료전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
2023년부터는 안전 문제와 촉매 수명 문제로 인해 메탄올이 실용화되기까지 다소 시간이 걸릴 것이다.
연료 전지는 다양한 산업 분야에서 다양한 응용 분야를 제공합니다. 유럽, 북미 및 기타 국가는 연료 전지 설치에 합류했습니다. 독일에서는 연료 전지로 구동되는 철도 차량이 실험적으로 도입되었습니다. 미국에서는 대형차를 중심으로 버스, 트럭 등 연료전지차가 개발되고 있다.
그러나 연료 전지를 사용하면 안전 문제와 수소 분배를 지원하기 위해 더 큰 인프라가 필요하다는 등의 몇 가지 단점이 있습니다. 연료전지는 친환경 에너지의 미래로 꼽히는 연료전지 기술의 연구개발 잠재력이 크다.
전자 부하는 전력 소비를 시뮬레이션하기 위해 연료 전지 개발에 사용됩니다. 전자 부하는 일반적으로 에너지를 열로 처리합니다. 겨울에는 난방의 좋은 대체재이지만, 여름에는 그 열을 식히기 위해 에어컨이나 다른 에너지가 필요합니다.
Matsusada Precision 양방향 DC 전원 공급 장치는 전자 부하 작동 중에 AC 라인으로 전류를 재생하여 열 발생을 최소화합니다. 다음과 같은 회생 DC 전원 공급 장치 예를 들어 PBR 시리즈는 최대 120kW까지 재생할 수 있어 연료 전지 개발 및 평가에 이상적입니다. 또한 프로그래밍 가능한 DC 전원 공급 장치, 바이폴라 전원 공급 장치, 고전압 전원 공급 장치 및 기타 연료 전지 및 연료 전지 컨트롤러용 전원 공급 장치를 사용할 수 있습니다.