소위 "연료 전지" 는 원칙적으로 전통적인 화학 배터리와 동일하며 전기 화학 반응을 통해 물질의 화학 에너지를 전기로 변환합니다. 차이점은 전통적인 배터리의 내부 물질이 미리 채워져 있어서 화학반응 후에는 더 이상 전원을 공급할 수 없다는 것이다. 연료 전지의 화학반응에 사용되는 물질은 끊임없이 외부에서 충전되기 때문에 계속 전기를 생산할 수 있다. 이것은 연료 전지의 가장 두드러진 특징이다.
연료 전지의 작동 원리는 천연 가스, 석유, 메탄올 등과 같은 원연료를 반응물로 하는 것이다. , "연료 재조정 장치" 를 통해 수소를 분리해 배터리 체내로 들어가고, 다른 쪽 공기 중의 산소도 배터리 체내로 들어가 각각 배터리의 전극을 공급하여 수소와 산소가 전해질을 통해 전기화학반응을 일으켜 전위차를 발생시켜 저압 직류 출력을 형성한다.
연료 전지는 물질의 화학에너지를 전기로 직접 변환하므로 효율이 높고 이론적 계산에 따라 90% 에 이를 수 있다. 하지만 실제로 연료전지의 화학반응은 여전히' 전력 소비' 손실이 있어 손실이 최대 60 ~ 70% 에 달할 수밖에 없다.
연료 전지는 주로 연료, 산화제, 전극, 전해질로 구성되어 있다. 천연 가스, 석유, 메탄올, 액체 암모니아, 히드라진, 탄화수소, 수소 등 다양한 연료를 사용합니다. 이 배터리는 필요에 따라 다른 용량으로 설계할 수 있는데, 주로 "단일 슬라이스 배터리" 의 수에 따라 달라집니다. 단체 배터리는 양극 (공기 전극판에 연결됨), 음극 (연료 전극판에 연결됨), 전해질 용기 및 상하 절연 칸막이로 구성됩니다. 필요에 따라 직렬 단량체 배터리를 통해 필요한 전압과 전력을 얻을 수 있습니다.
이 배터리의 화학반응 과정은 음극 (수소 전극) 쪽에서 수소 (H2) 가 촉매 (백금 전극) 에 의해 이온화되어 쉽게 반응하는 (H+) 상태로 변한다는 것이다. 이 분리 된 수소 이온은 가성 칼륨 (KOH) 과 같은 전해질을 통해 양극 (산소 전극 또는 공기 전극) 으로 전달되며 분리 된 전자는 외부 회로를 통해 양극으로 이동한다.
음극과 양극은 외부에서 끊임없이 수소 (연료) 와 산소 (공기) 를 공급하는데, 이 반응은 끊임없이 진행되며, 전자는 끊임없이 외부 회로에서 흐르는데, 이것이 바로 우리가 필요로 하는 전류이다.
화학에너지를 전기로 직접 변환하는 새로운 발전 기술의 응용으로서 연료 전지는 많은 독특한 장점을 가지고 있다.
첫째, 열 손실이 적고 발전 효율이 높기 때문에 일반적으로 40 ~ 50% 에 달하며 최대 60 ~ 70% 까지 도달할 것으로 예상되며 부하 변화의 영향을 받지 않습니다. 현재 세계 화력 발전소의 효율은 40% 미만이지만 우리나라 석탄 발전소의 효율은 27 ~ 28% 에 불과하다.
두 번째는 저오염이다. 발전 과정에서 연료 전지에는 보일러, 버너 등 연소 장비나 증기 터빈 등 고속 회전 장비도 필요하지 않다. 그래서 온실효과 물질과 유독물질을 배출하지 않고 소음 간섭이 없다.
셋째, 원연료는 적응성이 강하고 연료 전지에 사용되는 연료는 다양할 수 있으며 석탄, 기름, 가스와 같은 "소화" 할 수 있다.
넷째, 우주, 항공, 지상 전력 공급에 널리 사용되며 도시와 농촌, 섬, 주거 지역, 기업 내 열전부하 구역 배치에 적합하다.
현재 연료전지를 단독으로 사용하는 것 외에도 연료전지-가스터빈-터빈 발전기를 공동으로 운용하여 3 대 1 연료전지 발전소를 형성하여 경제성과 신뢰성을 높이고 있다. 공동 운영이란 발전에 쓰이는 원연료가 연료 전지, 가스 터빈, 증기 터빈 발전기의 보일러 장치를 거쳐 연료 에너지의 직렬 전환을 실현하고, 세 개의 발전 장치가 동시에 전기를 생산하는 것이다. 연료 전지의 연료 활용도가 55% 일 때, 세 가지 발전 장치의 최적 전력 출력 비율은 35%, 47% 및 17% 입니다. 이런 형태의 연합 운송은 각국이 연료 배터리를 적용하는 중요한 추세이다.
또한 연료 전지는 작업 중에 대량의 온수와 열증기를 생산하기 때문에, 이러한 열에너지를 최대한 활용하기 위해 현재' 열병합 발전' 을 채택하여 에너지 활용도를 크게 높였으며, 열전종합효율은 87% 에 달하는 것이 가장 좋다.
연료 전지의 발전을 돌이켜 보면 오래되고 젊고, 굴곡이 심하고 맹렬하다. 이런 선진적인 발전 기술 원리는 일찍이 19 세기 상반기부터 영국 과학자 그라우브에 의해 발명되었지만, 기술과 경제적 이유로 오랫동안 실천에 적용되지 못했다. 1960 년대에는 우주기술이 발달하면서 이 발전 기술이 개발되어 전력 문제 해결에 적용되었고, 미국 회사가 성공적으로 개발한 뒤 아폴로호가 처음으로 달에 상륙했다. 이와 함께 1967 미국가스회사도 연료전지 민간계획을 세우고 연구개발을 시작했다. 이후 일본과 일부 유럽 국가들도 이 첨단 기술 연구에 참여했다.
최근 20 년 동안 미국과 일본은 연료 전지의 발전을 매우 중시해 왔다. R&D 투자가 크고, 효과가 빠르고, 효과가 빠르다.
미국은 연료 전지가 가장 빠르게 성장하는 나라입니다. 1990 에 이르면 23 대의 연료 배터리 장치가 실행되고 총 설치 용량은 1 1 킬로와트입니다. 미국의 연료 전지 개발의 기술적 초점은 연료 활용도를 높이고, 연료 전지의 생산 비용과 발전 비용을 절감하고, 다 채널 기술 개발에 초점을 맞추는 것이다.
1990 년 초 벨 연구소는 연료인 혼합가스 (가스) 를 전기로 직접 변환할 수 있는 마이크로칩 연료 배터리를 개발했으며, 킬로그램당 가스는 1 kW 를 생산할 수 있다. 이 연료 전지는 두께가 5000 억 분의 1 미터 미만인 통기성 알루미나 박막이 두 겹의 얇은 텅스텐 사이에 끼어 있다. 무게가 가볍고, 비용이 저렴하며, 충전이 편리하며, 에어백만 교체하면 된다는 장점이 있습니다. 현재 사용 중인 배터리와 휴대용 발전기를 대체할 수 있습니다. 서옥회사는 이미 1500 kW 의 인산 연료전지 발전소를 건설하여 현재 7500 kW 의 발전소를 신설하고 있다. 미국은 또 3 kW 의 고체 연료 전지를 성공적으로 개발했으며 25 kW 의 고체 배터리를 개발하고 있다.
미국 에너지부는 최근 연료가 산화제에 직접 반응하여 전기를 얻을 수 있도록 액체나 가스 연료를 두 개의 물결형 도자기 조각에 넣는 세라믹 연료 배터리를 개발했기 때문에 일반 연료 전지에 필요한 연료 탱크는 필요하지 않다. 다른 연료 전지에 비해 두 배의 전력을 방출하고 발전 효율은 55 ~ 60% 에 이른다.
일본의 연료 전지 발전도 비교적 이르다. 196 1 년, 일본 후지모터사에서 개발을 시작했고 1972 년까지 10 킬로와트의 알칼리성 배터리/KLOC 를 만들었습니다. 1980 년대 초 일본은 연료 전지를' 달빛 계획' 에 포함시켰고, 1986 부터 일부 지역에서 연료 전지 발전을 추진했다. 199 1 5 월 12 일 일본 도쿄전력회사는 세계 최대 인산 연료전지 발전기를 성공적으로 건설하고 수출전력은1../kloc-이다 발전 효율은 4 1% 입니다. 연료 전지는 인산수냉으로 1 세대 제품에 속한다. 이런 연료전지더미가 실용단계에 들어선 뒤 최소 5000 가구 민간주택의 전력 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 추산된다. 이에 따라 연료 전지 상용화의 첫걸음으로 높은 개발 가치를 지닌 사람들도 있다.
1989 이런 200 킬로와트의 발전소 일본은 이미 건설되었고 4500 킬로와트의 발전소가 건설 중이다.
2 세대 연료 전지는 용융 탄산염 연료 전지로 이미 공업 실험 단계에 들어섰다. 일본은 30 킬로와트 수준에서 성공을 거두었다. 3 세대 연료 전지는 고체 전해질 연료 전지로 일본에서 성공적으로 테스트되어 1 kW 수준이다. 199 1 연말에 일본 전력회사와 도시가스회사가 오사카 인산 연료전지발전기술연구협동조합을 결성했다. 19 1 연말까지 5000 kW 와 1000 kW 연료 배터리를 새로 만들 계획입니다. 1992 년 일미는 공동 개발하기로 했다.
일본 정부는 1990 년대 초 상업구, 병원, 경기장 등에 광범위하게 적용될 연료 전지를 보급하기 위한 장기 계획을 실시하고 있다. 1990 년대 중후반, 산업기업에서 보급되었습니다. 20 세기 초 전국 총 발전량의 13% 에 달하여 연료 전지를 미래의 중요한 새로운 에너지로 만들었다. 현재 5000 킬로와트 연료 전지 발전소를 건설하고 있으며, 8000 시간 연속 운행할 수 있으며, 전력 효율은 40%, 혼합 열효율은 80% 입니다. 2005 년 일본은 654.38+00 만 킬로와트의 연료 전지를 각 분야에 광범위하게 적용할 것으로 예상된다.
1990 년대 초 일본도 초소형 바이오 연료 전지를 개발하기 시작했다. 그것의 원리는 수소를 연료로 하는 배터리와 같지만, 그것은 인체의 혈액 속의 포도당을 주요 연료로 한다. 그 주된 목적은 인공 췌장 장기에 동력을 공급하고 환자의 체내에 묻히는 것이다. 생성할 수 있는 최대 전압은1..1V 로 추정되며 전류 강도는 0. 1 암페어입니다.
전문가들은 연료 전지 발전 기술이 한층 더 발전함에 따라 새로운 전원 공급 시스템으로서 2 1 세기 중엽까지 화력 발전을 대체하여 강력한 연료 전지 발전 네트워크를 형성하여 중요한 2 차 에너지가 될 것으로 예상하고 있다.