연료전지 현황

중국의 연료전지 연구는 1958년 시작됐다. MCFC 연구는 구 전자공업부 산하 천진전원연구소가 처음으로 수행했다. 1970년대에 항공우주산업이 주도하면서 중국의 연료전지 연구는 첫 번째 정점에 이르렀다. 이 기간 동안 중국과학원 대련화학물리연구소에서 성공적으로 개발한 두 가지 유형의 알칼리 석면막 수소-산소 연료전지 시스템(킬로와트급 AFC)이 일상적인 항공우주 환경 시뮬레이션 테스트를 통과했습니다. 1990년 중국과학원 장춘응용화학연구소가 중국과학원 PEMFC 연구과제를 인수해 1993년부터 직접 메탄올 양성자 교환막 연료전지(DMFC) 연구를 시작했다. 전력산업부 하얼빈발전소완성설비연구소는 1991년 7개의 단전지로 구성된 MCFC 원리전지를 개발했다. '8차 5개년 계획' 기간 동안 중국과학원 대련화학물리연구소, 상하이규산염연구소, 화학공업야금연구소, 칭화대학교 등 12개 이상의 국내 단위가 SOFC 관련 연구. 1990년대 중반, 과학기술부와 중국과학원의 '제9차 5개년 계획' 과학기술 연구 계획에 연료전지 기술이 포함되면서 중국은 연료전지의 제2의 정점에 이르렀다. 연구. 중국 과학자들은 연료전지의 기초 연구와 개별 기술 분야에서 많은 진전을 이루었고 일정한 경험을 축적했습니다. 그러나 수년 동안 연료전지 연구에 투자된 자금이 적기 때문에 전반적인 연료전지 기술 수준과 선진국 사이에는 여전히 큰 격차가 있습니다. 우리나라의 관련 부서와 전문가들은 1996년과 1998년에 샹산 과학회의에서 중국 연료전지 기술 발전에 관한 특별 토론을 개최하여 연료전지에 대한 독립적인 연구 개발의 중요성과 필요성을 강조했습니다. 시스템. 최근 몇 년 동안 중국은 PEMFC에 대한 연구 노력을 강화해 왔습니다. 2000년에 대련 화학물리연구소와 중국과학원 전기공학연구소가 30kW 차량 연료전지에 대한 모든 테스트를 완료했습니다. Beijing Fuyuan Company는 또한 2001년에 40kW CMB 연료전지를 제공하고 주문을 받을 것이라고 발표했습니다. Xu Guanhua 과학기술부 차관은 제16차 EVS 회의에서 중국이 2000년에 최초의 연료전지 전기 자동차를 설치할 것이라고 발표했습니다. 이전 연료전지 연구 참여 관련 개요는 다음과 같습니다.

1: PEMFC의 연구 현황

중국에서 가장 초기의 PEMFC 개발 작업은 창춘 응용화학연구소(Changchun Institute of Applied Chemistry)였습니다. 1990년에 설립되었습니다. 중국과학원의 지원으로 PEMFC를 연구하기 시작했으며 주로 촉매, 전극의 제조 과정과 메탄올 외부 개질기 개발에 중점을 두고 100WPEMFC 프로토타입을 제작했습니다. 1994년에는 직접 메탄올 양성자 교환막 연료전지 연구를 주도했다. 연구소는 미국 케이스웨스턴리저브대학교, 러시아 수소에너지플라즈마연구소와 장기적인 협력 관계를 구축해 왔다. 중국과학원 다롄화학물리연구소는 1993년 PEMFC에 대한 연구를 진행해 전극기술과 배터리 구조에 대한 많은 연구를 진행해 현재 작업면적 140cm2, 출력 1개를 갖춘 단일 배터리를 개발했다. 0.35W/cm2의 힘.

푸단대학교는 1990년대 초반부터 직접메탄올 PEMFC 개발에 착수해 주로 폴리벤즈이미다졸 막 제조와 전극 제조 공정을 연구했다. 샤먼대학교는 홍콩대학교, 미국 케이스웨스턴리저브대학교와 협력하여 직접 메탄올 PEMFC에 대한 연구를 진행했습니다.

1994년 상하이대학교와 베이징석유대학교는 PEMFC('8차 5개년 계획' 연구 프로젝트)에 협력하여 주로 촉매, 전극 및 전극막 집합체의 제조 공정을 연구했습니다.

Beijing Institute of Technology는 1995년 병기산업부의 자금 지원을 받아 PEMFC에 대한 연구를 시작했습니다. 단일 셀의 전류 밀도는 150mA/cm2입니다.

중국과학원 열물리공학 연구소는 1994년부터 PEMFC에 대한 연구를 시작했습니다. 주로 전산 열 전달 및 전산 유체 역학 방법을 사용하여 다양한 공기 공급, 가습, 열 제거 및 배수 방식을 비교하고, 향상된 열 및 물질 전달 솔루션을 제안합니다.

천진전력연구원은 1997년부터 PEMFC 연구를 시작했다. 앞으로 1.5kW급 배터리를 해외에서 도입해 해외 선진 기술을 분석, 흡수하는 기반으로 연구를 진행할 계획이다.

1995년 베이징푸위안(Beijing Fuyuan Company)은 캐나다신에너지회사(Canadian New Energy Company)와 협력하여 PEMFC 연구개발에 성공했으며 5kW PEMFC 프로토타입이 성공적으로 개발되어 주문을 받기 시작했습니다.

2: MCFC 연구 개요

중국에는 MCFC 연구를 수행하는 단위가 많지 않습니다. 하얼빈전력공급설비연구소는 1980년대 후반에 MCFC를 연구했으나 1990년대 초에 이 분야의 연구를 중단했다.

1993년 중국과학원 대련화학물리연구소는 중국과학원의 자금 지원을 받아 MCFC에 대한 연구를 시작했다. 단일 배터리의 성능은 1980년대 초반에 국제 수준에 도달했습니다.

1990년대 초 중국과학원 장춘응용화학연구소에서도 MCFC에 대한 연구를 시작해 LiAlO2 미세분말 제조와 금속간화합물을 양극재로 활용하는 데 큰 진전을 이뤘다. MCFC.

북경과학기술대학교는 1990년대 초 국립자연과학재단의 자금지원을 받아 MCFC에 대한 연구를 진행했으며 주로 전극재료와 전해질의 상호작용을 연구하고 금속간화합물 활용을 제안했다. 용해를 줄이기 위한 전극 재료로 사용됩니다.

3: SOFC 연구 개요

SOFC 연구를 최초로 수행한 사람은 1971년 중국과학원 상하이도자연구소(Shanghai Institute of Ceramics)로 주로 초점을 맞춰 SOFC 연구를 수행했다. SOFC 전극 소재 및 전해질 소재 연구. 1980년대 국립자연과학재단의 자금 지원으로 SOFC에 대한 연구가 다시 시작되었고, 테이프 캐스팅 등을 통한 지르코니아 분리막 소재, 양극 및 음극 소재, 모노머 SOFC 구조의 제조에 대한 체계적인 연구가 진행되었으며, 예비 지르코니아 나노분말과 치밀한 세라믹의 안정적인 기술 제조를 위한 습식 화학적 방법의 숙달. 1989년 길림대학교는 길림성 청년과학기금의 지원을 받아 SOFC의 전해질, 양극, 음극 재료를 연구하기 시작했고 이를 단전지로 조립하여 길림성 과학기술위원회의 심사를 통과했다. 1995년 길림성 계획위원회와 국가계획위원회로부터 450만 위안의 자금을 지원받았습니다. 그는 전극, 전해질, 밀봉 및 연결 재료 등을 연속적으로 연구했습니다. 단일 셀의 개방 회로 전압은 현재 1.18V에 도달했습니다. 밀도는 400mA/cm2이며 4개의 셀을 직렬로 연결하면 라디오와 테이프 레코더가 제대로 작동할 수 있습니다.

1991년 중국과학원 화학공업금속연구소는 중국과학원의 자금 지원을 받아 관형 및 평면형 소재 개발을 시작으로 SOFC에 대한 연구를 진행했다. 단일 셀은 전력 밀도 0.09W/cm2~0.12W/cm2, 전류 밀도 150mA/cm2~180mA/cm2, 작동 전압 0.60V~0.65V로 만들어졌습니다. 1994년에 연구소는 러시아 과학원 우랄 분과 전기화학 연구소에서 배터리 수명이 1,200시간인 20W~30W 대용량 SOFC 배터리 팩을 출시했습니다. 러시아 적층 구조와 미국 웨스팅하우스의 관형 구조, 독일 지멘스 판구조의 분석을 바탕으로 비실드형 관형 구조의 장점을 흡수한 새로운 육면체 구조를 설계했으며, 배터리 조합은 금속 펠트를 사용해 유연하게 연결했다. , 전통적인 세라믹 준비 기술을 사용하여 생산할 수 있습니다.

화난이공대학은 국가자연과학재단, 광둥자연과학재단, 산터우대학교 리카싱 연구기금, 광동불산기금* 등의 지원을 받아 1992년 SOFC를 시작했다. ** 연구에 따르면 조립된 관형 단일 셀은 메탄을 연료로 직접 사용하며 최대 출력 전력은 4mW/cm2, 전류 밀도는 17mA/cm2로 배터리 성능의 뚜렷한 저하 없이 140시간 동안 지속적으로 작동할 수 있습니다. 선진국에서는 대규모 연료전지 개발을 핵심 연구 프로젝트로 간주하고 있으며, 업계에서는 연료전지 기술의 연구 및 개발에 많은 투자를 하여 연료전지가 기존 발전기를 대체하게 되었습니다. 내연 기관 및 발전 및 자동차에 널리 사용됩니다. 이 중요한 새로운 발전 방법은 대기 오염을 크게 줄이고 전력 공급 및 전력망 피크 규제 문제를 해결할 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 2MW, 4.5MW 및 11MW의 연료 전지 발전 장비 전체 세트가 상업 생산에 들어갔습니다. 각급 연료전지 발전소는 일부 선진국에서 속속 건설되고 있다. 연료전지의 개발과 혁신은 100년 전 인력을 대체하고 산업혁명을 일으킨 내연기관의 기술적 혁신과 같을 것이며, 컴퓨터의 발명과 대중화가 인력을 대체한 컴퓨터 혁명과도 같을 것이다. 계산, 그림 그리기, 워드 프로세싱도 네트워크 통신의 발달로 사람들의 생활 습관이 바뀌는 정보 혁명과 같을 것입니다. 고효율, 무공해, 짧은 공사기간, 유지관리 용이성, 저렴한 비용을 갖춘 연료전지의 잠재력은 21세기 신에너지와 환경보호의 녹색혁명을 촉발할 것입니다. 현재 북미, 일본, 유럽 등에서는 연료전지 발전이 추격 기세로 산업 규모의 응용 단계로 빠르게 진입하고 있으며, 화력, 수력, 발전에 이어 21세기 4세대 발전 방식이 될 것이다. 그리고 원자력. 해외 연료전지 기술의 급속한 발전은 우리의 충분한 관심을 끌 것입니다. 이는 에너지 및 전력 산업이 직면해야 할 과제가 되었습니다.

인산형 연료전지(PAFC)

1973년 세계 석유파동과 미국의 PAFC 연구개발의 영향으로 일본은 다양한 종류의 연료전지를 개발하기로 결정 PAFC는 에너지신산업기술개발기구(NEDO)에서 개발한 대규모 에너지 절약형 발전입니다. 1981년부터 1000kW 현장 PAFC 발전설비 연구개발을 진행해 왔다. 1986년에는 오지의 PAFC 발전장치나 상업용에 적합하도록 200kW급 현장형 발전장치 개발이 진행됐다. Fuji Electric Co., Ltd.는 일본 최대의 PAFC 배터리 스택 공급업체입니다. 1992년 현재 17세트의 PAFC 실증장비를 국내외에 공급하고 있으며 1997년 3월 5MW급 장비의 운용연구를 완료하였다. 현장장비로는 50kW, 100kW, 500kW 총 88종의 장비가 투입됐다. 다음 표는 Fuji Electric Company가 납품한 발전 장치의 작동 상태를 보여줍니다. 1998년 현재 일부 발전 장치는 목표 수명인 40,000시간을 초과했습니다.

도시바는 1970년대 후반부터 분산형 연료전지 개발을 시작한 뒤 분산전원용 11MW 기기와 200kW 기기를 직렬화했다.

11MW급 발전기는 세계 최대 규모의 연료전지 발전설비로 1989년 도쿄전력 고이화력발전소에 건설됐다. 1991년 3월 초 발전에 성공한 뒤 1996년 5월까지 5년여간 현장시험을 실시했다. 누적 운전 시간 2만시간 이상으로 정격 운전 조건에서 발전 효율 43.6%를 달성했다. 소형 온사이트형 연료전지 분야에서는 도시바와 미국 IFC사가 온사이트형 연료전지를 상용화하기 위해 1990년 ONSI를 설립한 뒤 온사이트형 200kW급 장비인 'PC25' 시리즈를 전 세계에 판매하기 시작했다. PC25 시리즈 연료전지는 1991년 말부터 가동되어 1998년 4월까지 전 세계에 174대가 판매됐다. 이 중 미국의 한 회사에 설치된 1기, 일본 오사카 우메다센터에 설치된 오사카가스회사 2호기의 누적 운전시간은 4만시간 이상이다. 연료전지의 수명과 신뢰성 측면에서 누적 운전시간 4만 시간은 연료전지의 장기 목표이다. Toshiba ONSI는 공식 상용기 PC25C의 개발을 완료하여 이미 시장에 출시했습니다. PC25C 모델은 21세기 신에너지 개척자로 일본 무역산업상을 수상했습니다. 이 장비는 연료전지 상용화를 시작으로 고도화되고 신뢰성이 높으며 친환경적이라는 평가를 받고 있습니다. 제조원가는 3000달러/kW로 상용화되는 PC25D 장비의 가격은 1500달러/kW로 PC25C형에 비해 부피는 1/4, 질량은 14톤에 불과하다. 2001년에 중국은 일본 MITI(NEDO)의 자금 지원을 받아 최초의 PC25C 연료전지 발전소를 건설할 예정입니다.

PEMFC(양성자 교환막 연료 전지)

유명한 캐나다 Ballard Company는 PEMFC 기술 분야의 세계적 선두주자입니다. 응용 분야는 운송에서 고정식 발전소에 이르기까지 다양합니다. 시스템은 탄소배출이 없는 양성자 교환막 연료전지의 개발, 생산 및 시장화 분야에서 세계적인 리더로 평가받고 있습니다. 발라드 발전 시스템의 초기 제품은 250kW 연료전지 발전소입니다. 기본 구성 요소는 수소(메탄올, 천연가스 또는 석유에서 얻음)와 산소(공기에서 얻음)를 사용하여 연소하지 않고 전기를 생성하는 발라드 연료전지입니다. . Ballard는 BallardFuelCell을 상용화하기 위해 세계 최고의 기업들과 협력하고 있습니다. Ballard Fuel Cell은 고정식 발전소에서 사용되었습니다. Ballard Generation System, GPU International Inc., Alstom SA 및 EBARA가 공동으로 Ballard Generation System을 구성하여 킬로와트 수준 이하의 연료 전지 발전소를 공동 개발했습니다. 5년간의 개발 끝에 1997년 8월 첫 번째 250kW 발전소가 전력생산에 성공해 1999년 9월 인디애나시너지(IndianaCinergy)로 보내졌다. 세심한 테스트와 평가를 거쳐 설계 성능이 향상되고 비용이 절감돼 두 번째 발전소로 이어졌다. 탄생한 이 발전소는 베를린에 설치되었으며 출력 250kW로 유럽에서도 최초로 테스트를 거쳤습니다. 곧 Ballard의 세 번째 250kW 발전소도 현장 테스트를 위해 2000년 9월 스위스에 설치되었으며, 이어서 2000년 10월 파트너 EBARA Ballard를 통해 일본 NTT Company에 네 번째 연료 전지 발전소가 설치되었습니다. 아시아 시장을 열었습니다. 다양한 지역에서의 테스트는 연료전지 발전소의 상용화를 크게 촉진할 것입니다. 최초의 초기 상업용 발전소는 2001년 말까지 가동될 예정이다. 아래 사진은 미국 Cinergy에 설치되어 테스트 중인 Ballard 연료전지 장치의 모습입니다.

사진은 베를린에 설치된 250kW급 PEMFC 연료전지 발전소 모습이다.

미국 최대의 양성자교환막 연료전지 개발업체인 플러그파워(PlugPower)가 개발을 목표로 하고 있다. 주거용 및 자동차 응용 분야에 적합한 경제적인 연료 전지 시스템을 제조합니다. 1997년에는 PlugPower 모듈이 최초로 휘발유를 전기로 성공적으로 전환했습니다. PlugPower는 특허 제품인 PlugPower7000 주거용 분산 전원 공급 시스템을 개발했습니다. 상용 제품은 2001년 초에 출시되었습니다. 가정용 연료전지의 도입은 원자력 발전소와 가스화력 발전소에 도전을 가져올 것입니다. 이 제품을 홍보하기 위해 PlugPower와 GEMicroGen은 1999년 2월에 합작 회사를 설립했습니다. 제품 이름은 GEHomeGen7000으로 변경되었으며 GEMicroGen은 글로벌을 담당했습니다. 홍보. 이 제품은 7kW의 연속 전력을 제공합니다. GE/Plug는 2001년 초 판매 가격이 $1,500/kW가 될 것이라고 발표했습니다. 그들은 5년 안에 대량생산되는 연료전지 가격이 kW당 500달러까지 떨어질 것이라고 예측했다. 20만 가구가 각각 7kW급 가정용 연료전지 발전장치를 설치한다고 가정하면 전체 전력량은 원자력발전소 1기 용량에 근접하게 된다. 몇 가지 오작동이 발생하더라도 전체 발전 시스템은 여전히 ​​정상적으로 작동할 수 있습니다.

발라드를 필두로 크라이슬러(Chrysler), 포드(Ford), GM, 혼다(Honda), 닛산(Nissan), 폭스바겐 AG(Volkswagen AG), 볼보(Volvo) 등 많은 자동차 제조사들이 연료전지 자동차 개발에 참여해 왔으며, 그들이 사용하는 연료전지 중 상당수는 발라드에서 생산된다. 동시에 그들은 연료전지 연구개발에도 많은 돈을 투자했습니다. Chrysler는 Ballard에 4억 5천만 달러 이상을 투자했으며, 이는 연료전지 차량 개발에 사용되어 PEMFC 개발을 크게 촉진했습니다. 1997년에 Toyota는 메탄올 개질기를 장착한 RAV4 스포츠카를 생산했습니다. 이 스포츠카는 25kW 연료 전지와 보조 배터리를 통해 최대 50kW의 에너지를 제공했으며 최고 속도는 125km/h이고 주행 거리는 최대 500km입니다. 이들 대형 자동차 회사들은 모두 연료전지 개발 계획을 갖고 있다. 아직 연료전지차 상용화 시기가 성숙되지는 않았지만, 다임러-벤츠는 2004년까지 연간 연료전지차를 생산하겠다고 발표했다. .40,000대의 연료전지 자동차. 따라서 향후 10년 안에 연료전지 자동차가 10만 대가 될 가능성이 매우 높다.

용융탄산염 연료전지(MCFC)

1950년대 초, 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 전 세계적으로 대규모 민간 발전장치로 주목을 받았다. 주목. 이후 MCFC는 배터리 소재, 공정, 구조 등이 매우 빠르게 발전했지만 배터리의 작동 수명은 이상적이지 않습니다. 1980년대에는 2세대 연료전지로 활용되면서 메가와트급 상용 연료전지 발전소 구현을 위한 주요 연구 대상이 되면서 개발 속도가 빨라지고 있었다. MCFC의 주요 개발자는 미국, 일본, 서유럽 및 기타 국가에 집중되어 있습니다. 2002년 상용화될 것으로 예상된다.

미국 에너지부(DOE)는 2000년 고정형 연료전지 발전소 연구비로 4,420만 달러를 배정했는데, 이 중 2/3는 MCFC 개발에, 1/3은 MCFC 개발에 쓰일 예정이다. SOFC 개발. 미국 내 MCFC 기술 개발은 주로 ERC(Energy Research Corporation)(현 FuelCell Energy Inc.)와 M-C Power라는 두 대기업이 주도해 왔습니다. 그들은 다양한 방법을 통해 MCFC 원자로를 구축합니다. 두 회사 모두 현장 실증 단계에 도달했습니다. ERC는 1996년 캘리포니아주 산타클라라에서 2MW MCFC 발전소 실증 테스트를 실시했으며 3MW 장치 테스트를 위한 장소를 찾고 있습니다. ERC의 MCFC 연료전지는 별도의 개질기가 필요 없이 셀 내부에서 가스가 없는 개질을 수행한다. ERC는 테스트 결과를 토대로 배터리를 재설계하고 기존 125kW 스택 대신 250kW 단일셀 스택으로 배터리를 변경했다. 이를 통해 0.1에이커 부지에 3MW급 MCFC를 설치할 수 있어 투자비용이 절감된다. ERC는 $1,200/kW의 장비 비용으로 3MW 설치를 제공할 것으로 기대하고 있습니다. 이는 소형 ​​가스터빈 발전 장치의 장비 비용 $1,000/kW에 가깝습니다. 그러나 소규모 가스발전의 효율은 30%에 불과해 배기가스 배출과 소음 등의 문제도 있다. 동시에 미국 회사인 M-CPower는 캘리포니아주 샌디에이고 해군 비행장에서 250kW 장치에 대한 테스트를 수행했으며 동일한 위치에서 개선된 75kW 장치를 테스트할 계획입니다. M-CPower는 500kW 모듈을 개발 중이며 2002년부터 생산을 시작할 계획이다.

일본의 MCFC 연구는 1981년 '문라이트 프로젝트' 때 시작돼 1991년 이후 주목을 받았다. 연료전지의 연간 비용은 12억~15억 달러에 달한다. 1990년 정부는 2억 달러를 추가했다. 달러, MCFC 연구용으로 배정되었습니다. 배터리 스택의 전력은 1984년 1kW, 1986년 10kW였다. 일본은 내부변환 기술과 외부변환 기술을 모두 연구하고 있으며, 1991년 30kW급 간접 내부변환 MCFC를 시범 가동했다. 1992년에는 50~100kW급이 시범운영에 들어갔다. 1994년에는 Hitachi와 Ishikawashima Harima Heavy Industries가 100kW, 전극 면적 1m2, 가압 외부 개질형 MCFC 2기를 완성했습니다. 또한, 추부전력이 제작한 1MW급 외부개량형 MCFC가 가와고에화력발전소에 설치되고 있으며, 천연가스를 연료로 사용할 경우 열전효율이 45% 이상 높아져 운전수명도 길어질 것으로 기대된다. 5000시간 이상. 미쓰비시전기가 미국 ERC와 협력하여 개발한 내부 개량형 30kW MCFC가 10,000시간 동안 가동되었습니다. Sanyo는 또한 30kW 개량형 MCFC를 개발했습니다. 이시카와시마 하리마 중공업은 테스트 수명이 13,000시간인 세계 최대 규모의 MCFC 연료전지 스택을 보유하고 있습니다. 일본은 MCFC의 개발과 연구를 촉진하기 위해 1987년 연료전지 스택 운전, 발전소 주변기기, 시스템 기술 등에 관한 연구를 담당하는 MCFC 연구회를 설립해 14개 단위를 통합해 MCFC의 주력이 됐다. 일본의 연구 개발.

유럽은 환경 오염이 적고 분산 설치가 가능하며 MCFC, 국가에 작업을 할당하는 SOFC 및 PEMFC 유형입니다.

MCFC 연구는 주로 네덜란드, 이탈리아, 독일, 덴마크, 스페인에서 수행됩니다. 네덜란드의 MCFC 연구는 1986년 시작됐다. 1989년에는 1kW급 배터리 스택이 개발됐다. 1992년에는 10kW급 외부 변환형 배터리 스택과 1995년에는 석탄가스와 1kW급 내부 변환형 배터리 스택이 시험됐다. 천연가스를 연료로 사용하여 250kW 시스템을 시험 가동했습니다. 이탈리아는 1986년부터 MCFC 국가연구계획을 시행하기 시작해 1992년부터 1994년까지 50~100kW급 배터리 스택을 개발했다. 이탈리아의 Ansodo는 IFC와 MCFC 기술 계약을 체결하고 단일 셀(면적 1m2) 자동화 생산 장비 세트를 설치했다. 생산능력은 2~3MW이며, 6~9MW까지 확장 가능하다. 독일 MBB사는 1992년 10kW급 외부변환기술 연구개발을 완료했다. ERC의 지원을 받아 1992년부터 1994년까지 100kW급과 250kW급 배터리 스택의 제조 및 작동 테스트를 수행했다. MBB는 이제 세계 최대의 280kW 배터리 팩을 보유하고 있습니다.

데이터에 따르면 MCFC는 다른 연료전지에 비해 독특한 장점을 가지고 있습니다.

a. PAFC보다 발전효율이 높다.

b. 촉매로서 값비싼 백금이 필요하지 않고, 제조원가도 저렴하다.

c. CO는 연료로 사용될 수 있습니다.

d. MCFC의 작동 온도는 600~1000°C이므로 배기 가스를 가열하거나 증기 터빈과 결합하여 전기를 생산할 수 있습니다. 열과 전력을 결합하면 효율을 80%까지 높일 수 있습니다.

e. 여러 발전 방식을 사용하여 중소 규모의 경제성을 비교하면 부하 지수가 45%보다 큰 경우 MCFC 발전 시스템의 비용이 가장 낮습니다. PAFC와 비교하면 MCFC는 초기 투자비가 높지만 PAFC의 연료비는 MCFC보다 훨씬 높다. 발전 시스템이 중소 규모 분산형일 때 MCFC의 경제성은 더욱 두드러집니다.

f. MCFC의 구조는 PAFC보다 간단합니다.

고체산화물 연료전지(SOFC)

SOFC는 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아) 등 세라믹을 사용해 산소 이온에 에너지를 공급하는 전해질과 전자에 에너지를 공급하는 다공성 물질로 구성된다. 연료극과 공기극이 구성됩니다. 공기 중의 산소는 공기극/전해질 계면에서 산화되며, 공기와 연료의 산소차이에 의해 전해질 내에서 연료극 쪽으로 이동하여 연료 중의 수소 또는 일산화탄소와 반응합니다. 연료 전극 전해질 경계면에서 증기, 즉 이산화탄소가 전자를 방출합니다. 전자는 외부 회로를 통과한 후 다시 공기극으로 돌아가서 전기 에너지가 생성됩니다.

SOFC의 특징은 다음과 같다.

고온(600~1000°C)에서 작동하기 때문에 바닥면 순환을 설정해 고효율 발전이 가능하다. 60% 이상의 효율을 얻을 수 있습니다.

전해액에서는 산소이온이 이동하기 때문에 CO와 석탄가스화 가스도 연료로 사용할 수 있다.

배터리 본체를 구성하는 소재가 모두 고체이기 때문에 전해질의 증발이나 흐름이 없다. 또한, 연료극 공기극에 부식이 발생하지 않습니다. l작동 온도가 높고 메탄 및 기타 재료의 내부 개조가 가능합니다.

다른 연료전지에 비해 발전 시스템이 간단하고, 상대적으로 작은 용량의 장비부터 대규모 장비까지 발전해 활용 범위가 넓을 것으로 기대된다.

고정 발전소 분야에서 SOFC는 PEMFC에 비해 분명한 이점을 가지고 있습니다. SOFC는 연료 처리가 거의 필요하지 않으며 내부 개질, 내부 열 통합 및 내부 매니폴드로 인해 시스템 설계가 더욱 단순해집니다. 또한 SOFC는 가스 터빈 및 기타 장비와 효율적인 열병합 발전을 쉽게 수행할 수 있습니다. 아래 사진은 Siemens-Westinghouse가 개발한 세계 최초의 SOFC 및 가스터빈 하이브리드 발전소를 보여줍니다. 이 발전소는 2000년 5월 캘리포니아 대학교에 설치되었으며 출력은 220kW이고 발전 효율은 58%입니다. 미래 SOFC/가스터빈의 발전효율은 60~70%에 이를 전망이다.

3세대 연료전지로 알려진 SOFC는 최근 새롭게 떠오르는 발전 방식 중 하나로 활발한 연구개발이 진행되고 있다. 미국은 세계 최초로 SOFC를 연구하는 국가이며, 특히 미국의 Westinghouse Electric Company가 중요한 역할을 담당하며 현재 SOFC 연구에서 가장 권위 있는 기관으로 자리매김했습니다. 1962년 초 Westinghouse Electric Company는 SOFC 테스트 장치에서 전류를 얻기 위해 메탄을 연료로 사용했으며 탄화수소 연료는 SOFC에서 연료 촉매 전환과 전기 화학 반응의 두 가지 기본 과정을 완료해야 함을 지적하여 SOFC 개발의 기반을 마련했습니다. . 기반. 향후 10년 동안 회사는 OCR 조직과 협력하여 400개의 소형 원통형 ZrO2-CaO 전해질을 연결하고 100W 배터리를 시험 생산했지만 이 형태는 대규모 발전 장치에는 적합하지 않습니다. 1980년대 이후에는 새로운 에너지원을 개발하고 석유자원 부족으로 인한 에너지 위기를 완화하기 위해 SOFC 연구가 활발히 발전하였다. 웨스팅하우스일렉트릭(Westinghouse Electric Company)은 SOFC 전해질 및 전극막 제조공정에 전기화학기상증착 기술을 적용해 전해질층 두께를 미크론 수준으로 줄이고 배터리 성능을 획기적으로 향상시켜 SOFC 연구의 새 장을 열었다. 1980년대 중후반부터는 고출력 SOFC 배터리 스택 연구로 발전하기 시작했다. 1986년에는 400W 관형 SOFC 배터리 팩이 테네시에서 성공적으로 작동되었습니다.

연료전지

또한 미국의 다른 일부 부서도 SOFC에 확실한 강점을 갖고 있습니다.

피츠버그에 있는 PPMF는 SOFC 기술 상용화를 위한 중요한 생산 기지로, 완전한 SOFC 배터리 부품 처리, 배터리 조립 및 배터리 품질 테스트 장비를 갖추고 있습니다. 1990년에는 미국 에너지부(DOE)를 위한 20kW급 SOFC 장치를 제작했으며 이 장치는 파이프라인 가스를 연료로 사용해 1,700시간 이상 연속 가동됐다. 동시에 센터는 일본 도쿄·오사카 가스회사와 간사이 전력회사에 25kW급 SOFC 시험장치 2세트도 제공했는데, 그 중 하나가 열병합발전장치이다. 또한 미국 아르곤국립연구소(Argonne National Laboratory)에서도 적층 골판지 SOFC 배터리 스택을 연구 개발했으며, 이 구조재의 성형에 적합한 주조법과 압연법을 개발했다. 배터리 에너지 밀도가 크게 향상되어 유망한 SOFC 구조입니다. 일본에서는 SOFC 연구가 '문라이트 프로젝트'의 일부입니다. 일찍이 1972년부터 전자기술연구소는 SOFC 기술을 연구하기 시작했고, 이후 '문라이트 프로젝트' 연구 개발 대열에 합류했습니다. 1986년에는 500W 원형 튜브 SOFC 배터리 스택을 개발하고 1.2kW 발전 장치를 구성했습니다. 도쿄전력과 미쓰비시중공업은 1986년 12월부터 원형관 SOFC 장치 개발에 착수해 전류밀도가 200mA/cm2일 때 배터리 전압은 0.78V, 연료는 35W의 단일 셀을 확보했다. 활용률은 58%에 달합니다. 1987년 7월 전력개발회사는 이들 두 회사와 협력하여 1kW급 원통형 SOFC 배터리 스택을 개발했는데, 이 스택은 최대 출력 1.3kW로 1000시간 연속 테스트를 거쳤습니다. 간사이 전력(Kansai Electric Power Company), 도쿄 가스(Tokyo Gas Company), 오사카 가스(Osaka Gas Company) 등의 기관에서는 미국 웨스팅하우스 전기 회사(Westinghouse Electric Company)의 3kW 및 2.5kW 원형 튜브 SOFC 배터리 스택을 도입하여 테스트했으며 만족스러운 결과를 얻었습니다. 도쿄가스도 1989년부터 대면적 평판 SOFC 장치 개발에 착수해 1992년 6월 유효면적 400cm2의 100W 평판 SOFC 장치를 완성했다. 후지산과 산요가 개발한 평판형 SOFC의 위력이 킬로와트 수준에 이르렀다. 또한 추부전력은 1990년부터 미츠비시중공업과 협력해 적층 골판지 SOFC 시스템에 대한 연구 및 종합 평가를 진행해 왔으며, 단일 셀 유효 면적이 131cm2인 406W 시험 장치를 개발했다.

유럽에서는 이르면 1970년대 독일 연방공화국 하이델베르그 중앙연구소에서 원형관 또는 반원형관 전해질 구조의 SOFC 발전장치를 개발했으며, 단일셀 구동 성능은 좋았습니다. 1980년대 후반 미국과 일본의 영향을 받아 유럽공동체는 유럽에서 SOFC의 상업적 발전을 적극적으로 추진하였다. 독일의 지멘스(Siemens), 도미에GmbH(DomierGmbH), ABB 연구회사들은 킬로와트급 평판형 SOFC 발전장치 개발에 전념하고 있다. Siemens는 또한 네덜란드 에너지 센터(ECN)와 협력하여 유효 전극 면적이 67cm2인 개방형 SOFC 단일 셀을 개발합니다. ABB Research는 1993년에 개선된 평판형 킬로와트 SOFC 발전 장치를 개발했습니다. 이 배터리는 금속 양극 구조를 가지며 800°C에서 테스트되어 좋은 결과를 얻었습니다. 현재 가정용 또는 상업용 애플리케이션을 위한 25~100kW SOFC 발전 시스템으로 만드는 것이 고려되고 있습니다.