수소 연료 전지

연료 전지의 가장 기본적인 형태로 수소를 산화 전극의 연료로 사용한다.

목차

수소와 산소가 반응하여 물이 되는 전체 반응 (2H₂ + O₂ → 2H₂O)을 통해 전자는 산화전극(anode)에서 외부 도선을 통해 환원전극(cathode)으로 이동하면서 전기 에너지를 발생시킨다.

수소 연료 전지의 작동원리.()

산성 또는 염기성 전해질 조건에서 산화 및 환원전극의 반응은 아래와 같다.

산화전극에서 연료인 수소의 산화 반응이 일어난다.

2H₂ → 4H⁺ + 4e^- (산성 조건)

2H₂ + 4OH^- → 4H₂O+ 4e^- (염기성 조건)

환원전극에서는 산소의 환원 반응이 일어난다.

O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂O (산성 조건)

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^- (염기성 조건)

산성 조건에서 수소 이온이 이동할 수 있는 고분자 막을 전해질로 사용하는 경우를 고분자 전해질 연료 전지라고 하며, 30-40% 농도의 수산화 포타슘(KOH) 용액을 전해질로 사용하는 경우를 알칼리 연료 전지라고 부른다.

수소 연료 전지는 1960년대 아폴로 우주선에서 최초로 활용되었다. 수소 연료 전지는 수소와 산소가 반응하여 물이 생성되기 때문에 다른 메탄올이나 개미산 등의 산화전극에서 수소 이외의 다른 연료를 사용하는 연료 전지에 비해 가장 친환경적임에도 불구하고 수소의 저장에 따르는 문제 때문에 폭 넓은 상용화가 제한되어 왔다. 최근 수소 저장에 따르는 안정성 문제를 해결하는 기술이 확보됨에 따라 수소 연료 전지를 자동차의 동력원으로 하는 수소 자동차가 상용화되고 있다. 일반적으로 수소는 천연 가스의 수증기 개질 반응으로 대량 생산하고 있는데, 수소 저장 문제와 함께 경제적인 수소의 생산 문제가 해결된다면 수소 연료 전지는 앞으로 친환경 에너지원으로서 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 2018년 현대자동차에서는 수소 연료 전지를 탑재한 수소전기차 넥쏘를 개발하여 시판하였다.

현대자동차의 수소전기차 넥쏘 ()