연료전지

요약 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로 친환경적인 에너지이다. 특징은 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어 반응생성물이 연속적으로 계의 바깥으로 제거된다는 점이다.

일종의 발전장치(發電裝置)라고 할 수 있다. 산화·환원반응을 이용한 점 등 기본적으로는 보통의 화학전지와 같지만, 닫힌 계내(系內)에서 전지반응(電池反應)을 하는 화학전지와 달라서 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어, 반응생성물이 연속적으로 계외(系外)로 제거된다. 가장 전형적인 것에 수소-산소 연료전지가 있다. 원리적으로는 1839년 영국의 W. R. 그로브(1811~96)가 발견하였으나, 그 특징이 바뀌어 다시 관심을 가지게 된 것은 1950년대 후반의 일로, 1959년 5 kW의 수소-산소 연료전지가 영국의 F. T. 베이컨에 의해 실증시험(實證試驗)됨으로써 각광을 받게 되었다. 그 후 1960~1970년대에 걸쳐 제미니 및 아폴로11호 우주선에 연료전지가 탑재되었다. 이 전지는 다같이 알칼리 수용액을 전해질로 하며, 순수한 수소와 산소를 사용한다.

그 후, 수소 외에 메테인과 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 기체연료와, 메탄올(메틸알코올) 및 하이드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등 여러 가지의 연료전지가 나왔다. 이 중에서, 작동온도가 300 ℃ 정도 이하의 것을 저온형, 그 이상의 것을 고온형이라고 한다. 또, 발전효율의 향상을 꾀한 것이나, 귀금속 촉매를 사용하지 않는 고온형의 용융탄산염(溶融炭酸鹽) 연료전지를 제2세대, 보다 높은 효율로 발전을 하는 고체전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라고 한다.

최근, 가장 실용화에 접근한 것은 제1세대의 것으로서, 미국 UT사(社)를 중심으로 일반 민수용(民需用)으로 개발된 인산전해질(燐酸電解質) 연료전지가 그 좋은 예이다. 이것은 화석연료를 개질(改質)한 수소를 주성분으로 하는 수소가스와 공기 속의 산소를 사용한 수소-공기 연료전지이다. 연료전지는 저공해성이며, 소음이 없고, 배열(排熱)을 이용할 수 있기 때문에 종합효율이 높다. 1988년에 한국에서는 동력자원연구소와 한국전력(주) 기술연구원에서 메탄올을 연료로 하여 열과 전기를 동시에 얻는 5 kW급 연료전지를 개발하였다. 이 연료전지는 천연가스 등의 연료와 공기 중의 산소를 반응시켜 전지를 얻는 기술로, 효율이 50~60 %로서 매우 높다.