연료전지 (燃料電池)

과학기술

개념

정의

연료 속의 화학적 에너지를 산소 또는 산화제를 이용해서 전기 에너지로 변환하는 전지(電池).

개설

다른 종류의 전지와 마찬가지로 음극과 양극이 있고, 전자가 흘러갈 수 있도록 전해질이 들어 있다. 대부분의 전지와 달리 연료가 공급되면 오랫동안 지속적으로 전기를 생산한다. 다양한 종류가 개발되어 있고, 대부분 연료로 수소가 사용된다. 수소는 연료전지를 통과하면서 산화되어 물이 된다.

메탄 같은 탄화수소를 연료로 사용하는 것도 있다. 전기를 생산하는 동안 오염물질이 발생하지 않기 때문에 청정기술로 취급받고 있다. 에너지 변환 효율은 40-60%로 화력발전소보다 높다. 전기가 만들어질 때 발생하는 열까지 이용하면 에너지 이용 효율은 85% 이상으로 올라간다. 수십와트급의 초소형부터 100메가와트급의 초대형까지 다양한 규모가 개발되어 있다.

연원 및 변천

1839년에 웨일즈의 물리학자에 의해서 처음 개발되었고 나사에 의해 최초로 상업적 이용이 이루어졌다. 그후 다양한 분야에 적용되었고, 최근에는 가정에서 전기와 열을 생산하는 용도의 소형 연료전지도 보급되고 있다. 도심에서 환경오염을 전혀 일으키지 않는 소형 발전소용으로 사용되기도 한다.

내용

수소가 연료전지의 양극에 주입되면 산화되어 수소 이온이 되고 전자가 발생한다. 수소 이온은 전해질을 통과해서 음극에 도달하고 전자는 전선을 통해서 음극으로 흘러가면서 전류를 만들어낸다. 음극에서 수소 이온은 산소 및 전선을 통과해서 도달한 전자와 반응하여 물이 된다. 메탄 가스가 주입될 경우 음극에서는 물과 이산화탄소가 생성된다.

현황

청정기술로서 자동차, 발전소, 열병합발전기, 배, 잠수함, 비행기 등 다양한 곳에서 사용된다.

참고문헌

『과학기술대사전』(한국과학기술단체총연합회, 아카데미서적, 2005)

『에너지대안을 찾아서』(이필렬, 창비, 1999)

『신ㆍ재생에너지 백서』(산업자원부, 2005)

『재생에너지란 무엇인가？』(폴 마티스, 민음사, 2006)

집필자

이필렬