< 목 차 >

1. 개요

2. 산업 및 시장 분석

3. 기술 개발 동향

4. 특허 동향

5. 요소기술 도출

6. 전략제품 기술로드맵

1. 개요 가. 정의 및 필요성 (1) 정의  ‘연료전지’는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 기술 ▪ 연료전지의 음극(연료극)에서 촉매에 의한 수소의 산화반응으로 만들어진 수소이온이 전해질을 통해 양극으로 이동하고, 양극(공기극)에서는 수소이온과 산소가 결합하며 물이 생성되면서 열을 발생시킴. 양극과 음극의 반응으로 전자가 이동하며 전류가 흐름 ▪ 연료전지는 효율이 높고 송배전 손실이 없으며, 폐열까지 회수하여 사용하므로 에너지 비용 절감 가능, 화학반응으로 전기를 생산하여 온실가스 배출이 기존 화력 발전보다 30% 이상 감소 [ 연료전지의 작동원리 ] * 출처: 두산 퓨얼셀 홈페이지 ▪ 연료전지 시스템은 MBOP, Stack, EBOP로 구성 - MBOP(Mech0\anical balance of plant)는 크게 연료공급시스템, 공기공급시스템, 수처리 시스템으로 구성 - Stack은 연료극/전해질/공기극으로 구성되며 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기, 열, 물을 발생시키는 핵심 부품 - EBOP(Electrical BOP)는 전력변환기로서 Stack에서 발생 된 직류전기를 교류전기로 변환해서 수요처에 전기를 공급하는 역할 ▪ 연료전지의 본체인 스택(Stack)은 연료전지의 기본단위 셀(Unit cell)을 적층 - 연료전지는 막전극접합체(MEA), 전해질막, 촉매층, 가스확산층, 가스켓, 분리판으로 구성 - 막전극접합체(MEA): 음극과 양극을 전해질막에 부착한 것으로, 산소와 수소의 전기화학 반응이 일어나는 연료전지의 핵심 부품. 전해질막, 촉매층, 가스확산층으로 구성 연료전지 폐열을 활용한 수소생산 및 온실가스 감축 7 - 전해질막(Electrolytic membrane): 이온을 전달하고 반응기체(산소, 수소)를 분리하여 접촉을 막는 역할 - 촉매층(Catalyst layer): 수소의 산화반응, 산소의 환원반응을 촉진하는 역할 - 가스확산층(Gas diffusion layer): 반응 기체를 촉매층에 전달하고 물을 제거하는 역할 - 가스켓(Gasket): MEA 주변을 감싸 가스가 새지 않도록 막는 역할. 주로 고무 폴리머로 제작 - 분리판(Separator/Bipolar plate): 연료전지스택에서 단위 셀을 분리하는 역할 - 집전판(Current collector plate): 연료전지에서 만들어낸 전류를 흘려주는 역할 [ 연료전지 시스템 개요 ] * 출처: 한국 퓨얼셀 홈페이지 [ 연료전지 셀스택 구성 ] * 출처: 두산 홈페이지 ▪ 전해질의 종류에 따라 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전 해질 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 구분 ▪ 연료전지는 작동온도에 따라 고온형 및 저온형으로 구분되며, 고온형 연료전지는 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 고체 산화물 연료전지(SOFC)이며, 저온형 연료전지로는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 알칼리 연료전지(AFC) 등이 있음