다양한 유형의 엔진이 존재하는 것처럼 내부 연소, 다양한 유형의 연료 전지가 있습니다 – 선택 적합한 유형연료 전지는 응용 분야에 따라 다릅니다.
연료 전지들고온과 저온으로 나뉩니다. 저온 연료 전지연료로 비교적 순수한 수소가 필요합니다. 이것은 종종 1차 연료(예: 천연 가스)를 순수한 수소로 변환하기 위해 연료 처리가 필요함을 의미합니다. 이 프로세스는 추가 에너지를 소비하며 특수 장비가 필요합니다. 고온 연료 전지고온에서 연료를 "내부적으로 변환"할 수 있으므로 이러한 추가 절차가 필요하지 않습니다. 즉, 수소 인프라에 투자할 필요가 없습니다.
용융 탄산염 연료 전지(MCFC)
용융 탄산염 전해질 연료 전지는 고온 연료 전지입니다. 높은 작동 온도로 연료 처리기 및 저열량 연료 가스 없이 천연 가스를 직접 사용할 수 있습니다. 생산 공정그리고 다른 출처에서. 이 프로세스는 1960년대 중반에 개발되었습니다. 그 이후로 제조 기술, 성능 및 신뢰성이 향상되었습니다.
RCFC의 작동은 다른 연료 전지와 다릅니다. 이 전지는 용융 탄산염 혼합물의 전해질을 사용합니다. 현재 탄산리튬과 탄산칼륨 또는 탄산리튬과 탄산나트륨의 두 가지 유형의 혼합물이 사용됩니다. 탄산염을 녹이고 달성하기 위하여 높은 온도전해질 내 이온의 이동성 때문에 용융 탄산염 전해질이 있는 연료 전지는 고온(650°C)에서 작동합니다. 효율성은 60-80% 사이에서 다양합니다.
650°C의 온도로 가열하면 염은 탄산 이온(CO 3 2-)의 전도체가 됩니다. 이 이온은 음극에서 양극으로 이동하여 수소와 결합하여 물, 이산화탄소 및 자유 전자를 형성합니다. 이 전자는 외부 전기 회로를 통해 음극으로 다시 보내져 전류와 열을 부산물로 생성합니다.
양극 반응: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
음극에서의 반응: CO 2 + 1 / 2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
일반적인 원소 반응: H2(g) + 1/2 O2(g) + CO2(음극) => H2O(g) + CO2(양극)
용융 탄산염 전해질 연료 전지의 높은 작동 온도에는 특정 이점이 있습니다. 고온에서 천연 가스는 내부적으로 개질되어 연료 처리 장치가 필요하지 않습니다. 또한 전극에 스테인리스 강판 및 니켈 촉매와 같은 표준 구성 재료를 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 폐열은 다양한 산업 및 상업 목적을 위한 고압 증기를 생성하는 데 사용될 수 있습니다.
전해질의 높은 반응 온도도 장점이 있습니다. 고온을 사용하면 최적의 작동 조건에 도달하는 데 오랜 시간이 걸리며 시스템은 에너지 소비 변화에 더 느리게 반응합니다. 이러한 특성으로 인해 일정한 전력 조건에서 용융 탄산염 전해질이 있는 연료 전지 시스템을 사용할 수 있습니다. 고온은 일산화탄소, "중독" 등에 의한 연료 전지 손상을 방지합니다.
용융 탄산염 연료 전지는 대규모 고정 설비에 사용하기에 적합합니다. 출력 전력이 2.8MW인 화력 발전소는 산업적으로 생산됩니다. 최대 100MW의 출력을 가진 발전소가 개발되고 있습니다.
인산 연료 전지(PFC)
인산(orthophosphoric) 산을 기반으로 하는 연료 전지는 상업용으로 사용되는 최초의 연료 전지입니다. 이 프로세스는 1960년대 중반에 개발되었으며 1970년대부터 테스트되었습니다. 그 이후로 안정성, 성능 및 비용이 증가했습니다.
인산(오르토인산) 기반 연료 전지는 농도가 최대 100%인 오르토인산(H 3 PO 4) 기반 전해질을 사용합니다. 인산의 이온 전도도는 저온에서 낮기 때문에 이러한 연료 전지는 최대 150–220°C의 온도에서 사용됩니다.
이러한 유형의 연료 전지에서 전하 캐리어는 수소(H + , 양성자)입니다. 양극에 공급된 수소가 양성자와 전자로 분리되는 양성자 교환막 연료 전지(MEFC)에서도 유사한 과정이 발생합니다. 양성자는 전해질을 통과하고 음극에서 공기의 산소와 결합하여 물을 형성합니다. 전자는 외부 전기 회로를 따라 이동하고 전류가 생성됩니다. 다음은 전기와 열을 생성하는 반응입니다.
양극에서의 반응: 2H 2 => 4H + + 4e -
음극에서의 반응 : O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2H 2 O
일반 원소 반응: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
인산(orthophosphoric) 산을 기반으로 한 연료 전지의 효율은 전기 에너지를 생성할 때 40% 이상입니다. 열과 전기의 결합 생산에서 전체 효율은 약 85%입니다. 또한 주어진 작동 온도에서 폐열을 사용하여 물을 가열하고 대기압에서 증기를 생성할 수 있습니다.
열과 전기의 결합 생산에서 인산(orthophosphoric) 산을 기반으로 하는 연료 전지에 대한 화력 발전소의 고성능은 이러한 유형의 연료 전지의 장점 중 하나입니다. 식물은 약 1.5% 농도의 일산화탄소를 사용하므로 연료 선택의 폭이 크게 넓어집니다. 또한 CO2는 전해질과 연료 전지의 작동에 영향을 미치지 않으며 이러한 유형의 전지는 개질된 천연 연료와 함께 작동합니다. 심플한 디자인, 낮은 전해질 휘발성 및 향상된 안정성도 이러한 유형의 연료 전지의 장점입니다.
출력 전력이 최대 400kW인 화력 발전소는 산업적으로 생산됩니다. 11MW 설비는 관련 테스트를 통과했습니다. 최대 100MW의 출력을 가진 발전소가 개발되고 있습니다.
양성자 교환막(PME)이 있는 연료 전지
양성자 교환막 연료전지는 휘발유와 디젤 내연기관을 대체할 수 있는 차량 발전용 연료전지로 꼽힌다. 이 연료 전지는 NASA에서 Gemini 프로그램을 위해 처음 사용되었습니다. 현재 1W ~ 2kW 전력의 MOPFC 설치가 개발 및 시연되고 있습니다.
이러한 연료 전지는 고체 고분자막(얇은 플라스틱 필름)을 전해질로 사용합니다. 물이 함침되면 이 폴리머는 양성자를 통과하지만 전자는 전도하지 않습니다.
연료는 수소이고 전하 캐리어는 수소 이온(양성자)입니다. 양극에서 수소 분자는 수소 이온(양성자)과 전자로 분리됩니다. 수소 이온은 전해질을 통과해 음극으로 가고 전자는 바깥쪽 원을 돌며 전기 에너지. 공기에서 가져온 산소는 음극으로 공급되고 전자 및 수소 이온과 결합하여 물을 형성합니다. 다음 반응이 전극에서 발생합니다.
양극에서의 반응: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
음극에서의 반응 : O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d\u003e 4OH -
일반 원소 반응: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
다른 유형의 연료 전지와 비교하여 양성자 교환막 연료 전지는 주어진 연료 전지 부피 또는 중량에 대해 더 많은 전력을 생산합니다. 이 기능을 사용하면 작고 가벼울 수 있습니다. 또한 작동 온도가 100°C 미만이므로 빠르게 작동을 시작할 수 있습니다. 이러한 특성과 에너지 출력을 빠르게 변경하는 기능은 이러한 연료 전지를 차량에 사용하기 위한 주요 후보로 만드는 기능 중 일부에 불과합니다.
또 다른 장점은 전해질이 액체 물질이 아닌 고체라는 것입니다. 고체 전해질을 사용하면 음극과 양극에 가스를 유지하는 것이 더 쉬워지므로 이러한 연료 전지는 제조 비용이 저렴합니다. 다른 전해질에 비해 고체 전해질을 사용하면 배향성 등의 문제가 발생하지 않고, 부식 발생으로 인한 문제가 적어 셀 및 부품의 내구성이 길어진다.
고체 산화물 연료 전지(SOFC)
고체 산화물 연료 전지는 작동 온도가 가장 높은 연료 전지입니다. 작동 온도는 600°C에서 1000°C까지 다양하므로 특별한 전처리 없이 다양한 유형의 연료를 사용할 수 있습니다. 이러한 고온을 처리하기 위해 사용되는 전해질은 얇은 세라믹 기반의 고체 금속 산화물이며 종종 산소(O 2 -) 이온의 전도체인 이트륨과 지르코늄의 합금입니다. 고체산화물 연료전지를 이용하는 기술은 1950년대 후반부터 발전해왔다. 평면 및 관형의 두 가지 구성이 있습니다.
고체 전해질은 한 전극에서 다른 전극으로 밀폐된 가스 전이를 제공하는 반면 액체 전해질은 다공성 기판에 위치합니다. 이러한 유형의 연료 전지에서 전하 캐리어는 산소 이온(O 2 -)입니다. 음극에서 산소 분자는 공기에서 산소 이온과 4개의 전자로 분리됩니다. 산소 이온은 전해질을 통과하고 수소와 결합하여 4개의 자유 전자를 형성합니다. 전자는 외부 전기 회로를 통해 전달되어 전류와 폐열을 생성합니다.
양극에서의 반응: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
음극에서의 반응: O 2 + 4e - => 2O 2 -
일반 원소 반응: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
생성된 전기 에너지의 효율은 모든 연료 전지 중에서 가장 높으며 약 60%입니다. 또한 작동 온도가 높기 때문에 열과 발전을 결합하여 고압 증기를 생성할 수 있습니다. 고온 연료 전지와 터빈을 결합하면 하이브리드 연료 전지가 생성되어 전력 생산 효율을 최대 70%까지 높일 수 있습니다.
고체 산화물 연료 전지는 매우 높은 온도(600°C-1000°C)에서 작동하므로 최적의 작동 조건에 도달하는 데 오랜 시간이 걸리며 시스템은 전력 소비 변화에 더 느리게 반응합니다. 이러한 높은 작동 온도에서는 연료에서 수소를 회수하기 위한 변환기가 필요하지 않으므로 화력 발전소가 석탄 가스화 또는 폐가스 등에서 나오는 상대적으로 불순한 연료로 작동할 수 있습니다. 또한, 이 연료 전지는 산업 및 대형 중앙 발전소를 포함한 고전력 응용 분야에 탁월합니다. 출력 전력이 100kW인 산업 생산 모듈.
직접 메탄올 산화(DOMTE)가 있는 연료 전지
메탄올의 직접 산화와 함께 연료 전지를 사용하는 기술은 활발한 개발 기간을 거치고 있습니다. 그녀는 영양 분야에서 성공적으로 자리를 잡았습니다. 휴대 전화, 랩톱 및 휴대용 전기 공급원을 만듭니다. 이러한 요소의 향후 적용 대상은 무엇입니까?
메탄올을 직접 산화시키는 연료 전지의 구조는 양성자 교환막(MOFEC)을 갖는 연료 전지와 유사합니다. 폴리머는 전해질로 사용되며 수소 이온(양성자)은 전하 캐리어로 사용됩니다. 그러나 액체 메탄올(CH 3 OH)은 양극에서 물이 존재할 때 산화되어 CO 2 , 수소이온 및 전자를 방출하고 이를 외부 전기회로를 통해 유도하여 전류를 발생시킨다. 수소 이온은 전해질을 통과하고 공기의 산소 및 외부 회로의 전자와 반응하여 양극에서 물을 형성합니다.
양극에서의 반응: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
음극에서의 반응: 3 / 2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
일반적인 원소 반응: CH 3 OH + 3/2 O 2 => CO 2 + 2H 2 O
이러한 연료 전지의 개발은 1990년대 초에 시작되었습니다. 개선된 촉매의 개발과 최근의 다른 혁신 덕분에 전력 밀도와 효율이 최대 40%까지 증가했습니다.
이러한 요소는 50-120°C의 온도 범위에서 테스트되었습니다. 작동 온도가 낮고 변환기가 필요하지 않은 직접 메탄올 연료 전지는 휴대폰 및 기타 소비자 제품에서 자동차 엔진에 이르는 응용 분야에 가장 적합합니다. 이러한 유형의 연료 전지의 장점은 액체 연료를 사용하기 때문에 크기가 작고 변환기를 사용할 필요가 없다는 것입니다.
알칼리 연료 전지(AFC)
알카라인 연료 전지(ALFC)는 가장 많이 연구된 기술 중 하나이며 1960년대 중반부터 사용되었습니다. Apollo 및 Space Shuttle 프로그램에서 NASA에 의해. 이 우주선에 탑재된 연료 전지는 전기 에너지를 생산하고 식수. 알카라인 연료전지는 전기를 생산하는 데 사용되는 가장 효율적인 요소 중 하나로 발전 효율이 최대 70%에 이릅니다.
알칼리성 연료 전지는 전해질, 즉 다공성의 안정화된 매트릭스에 포함된 수산화칼륨 수용액을 사용합니다. 수산화칼륨의 농도는 연료 전지의 작동 온도에 따라 달라질 수 있으며 65°C ~ 220°C 범위입니다. SFC의 전하 캐리어는 음극에서 양극으로 이동하는 수산화물 이온(OH-)이며, 여기에서 수소와 반응하여 물과 전자를 생성합니다. 양극에서 생성된 물은 다시 음극으로 이동하여 그곳에서 다시 수산화 이온을 생성합니다. 연료 전지에서 일어나는 일련의 반응의 결과로 전기가 생성되고 부산물로 열이 발생합니다.
양극에서의 반응: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
음극에서의 반응 : O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d\u003e 4OH -
시스템의 일반적인 반응: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
SFC의 장점은 전극에 필요한 촉매가 다른 연료 전지의 촉매로 사용되는 것보다 저렴한 물질일 수 있기 때문에 이러한 연료 전지가 생산 비용이 가장 저렴하다는 것입니다. 또한 SCFC는 상대적으로 낮은 온도에서 작동하며 가장 효율적인 연료 전지 중 하나입니다. 이러한 특성은 각각 더 빠른 발전과 높은 연비에 기여할 수 있습니다.
SHTE의 특징 중 하나는 연료나 공기에 포함될 수 있는 CO 2 에 대한 높은 민감도입니다. CO 2는 전해질과 반응하여 빠르게 오염시키고 연료 전지의 효율성을 크게 감소시킵니다. 따라서 SFC의 사용은 우주 및 수중 차량과 같은 밀폐된 공간으로 제한되며 순수한 수소와 산소로 작동해야 합니다. 게다가 CO, H 2 O 및 CH 4 와 같은 분자는 다른 연료 전지에 안전하고 심지어 일부 연료 전지에 대해서도 SFC에 유해합니다.
고분자 전해질 연료 전지(PETE)
고분자 전해질 연료 전지의 경우, 고분자 막은 물 분자에 부착된 물 이온 H 2 O + (양성자, 적색)의 전도가 있는 물 영역을 갖는 고분자 섬유로 구성됩니다. 물 분자는 느린 이온 교환으로 인해 문제가 발생합니다. 따라서 연료와 배기 전극 모두에 고농도의 물이 필요하며 작동 온도를 100°C로 제한합니다.
고체산 연료 전지(SCFC)
고체산 연료 전지에서 전해질(C s HSO 4 )은 물을 포함하지 않습니다. 따라서 작동 온도는 100-300°C입니다. SO 4 2-oxy 음이온의 회전은 양성자(빨간색)가 그림과 같이 이동할 수 있도록 합니다. 일반적으로 고체산 연료 전지는 접촉이 양호하도록 두 개의 단단히 압축된 전극 사이에 매우 얇은 고체 산성 화합물 층이 삽입된 샌드위치 구조입니다. 가열되면 유기 성분이 증발하여 전극의 기공을 통해 연료(또는 셀의 다른 쪽 끝에 있는 산소), 전해질 및 전극 사이의 수많은 접촉 능력을 유지합니다.
| 연료 전지 유형 | 작동 온도 | 발전 효율 | 연료 종류 | 적용분야 |
|---|---|---|---|---|
| RKTE | 550–700°C | 50-70% | 중형 및 대형 설치 | |
| FKTE | 100–220°C | 35-40% | 순수한 수소 | 대규모 설치 |
| 몹테 | 30-100°C | 35-50% | 순수한 수소 | 소규모 설치 |
| SOFC | 450–1000°C | 45-70% | 대부분의 탄화수소 연료 | 소형, 중형 및 대형 설치 |
| 폼테 | 20-90°C | 20-30% | 메탄올 | 휴대용 장치 |
| SHTE | 50–200°C | 40-65% | 순수한 수소 | 우주 연구 |
| 피트 | 30-100°C | 35-50% | 순수한 수소 | 소규모 설치 |
1 부
이 기사에서는 연료 전지의 작동 원리, 설계, 분류, 장단점, 범위, 효율성, 생성 역사 및 현대적인 사용 전망에 대해 자세히 설명합니다. 기사의 두 번째 부분에서 ABOK 매거진의 다음 호에 게재될 에서는 다양한 유형의 연료 전지를 열과 전기(또는 전기만)로 사용하는 시설의 사례를 제공합니다.
소개
연료 전지는 에너지를 생성하는 매우 효율적이고 신뢰할 수 있으며 내구성이 있고 환경 친화적인 방법입니다.
처음에는 우주 산업에서만 사용되었던 연료 전지는 이제 고정식 발전소, 건물용 자율 열원 및 전력원, 차량 엔진, 노트북 및 휴대폰용 전원 공급 장치 등 다양한 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 장치 중 일부는 실험실 시제품이고 일부는 사전 시리즈 테스트 중이거나 시연 목적으로 사용되지만 많은 모델이 대량 생산되어 상업 프로젝트에 사용됩니다.
연료전지(전기화학발전기)는 고체, 액체, 기체 연료의 연소를 이용하는 기존 기술과 달리 연료(수소)의 화학에너지를 전기화학 반응 과정에서 직접 전기에너지로 변환시키는 장치이다. 연료의 직접적인 전기화학적 변환은 작동 중 배출되는 오염물질의 양이 최소화되고 강한 소음과 진동이 없기 때문에 환경적 관점에서 매우 효율적이고 매력적입니다.
실용적인 관점에서 연료 전지는 기존의 갈바닉 배터리와 유사합니다. 차이점은 처음에 배터리가 충전된다는 사실에 있습니다. 즉, "연료"로 채워져 있습니다. 작동 중에는 "연료"가 소모되고 배터리가 방전됩니다. 배터리와 달리 연료 전지는 외부 소스에서 공급되는 연료를 사용하여 전기 에너지를 생성합니다(그림 1).
전기 에너지 생산을 위해 순수한 수소뿐만 아니라 천연 가스, 암모니아, 메탄올 또는 가솔린과 같은 다른 수소 함유 원료도 사용할 수 있습니다. 일반 공기는 반응에 필요한 산소 공급원으로 사용됩니다.
순수한 수소가 연료로 사용될 때 반응 생성물은 전기 에너지 외에 열과 물(또는 수증기)입니다. 즉 대기 오염이나 온실 효과를 유발하는 가스가 대기로 방출되지 않습니다. 천연 가스와 같은 수소 함유 공급원료를 연료로 사용하면 탄소 산화물, 질소 산화물과 같은 다른 가스가 반응의 부산물이 되지만 그 양은 동일하게 연소할 때보다 훨씬 적습니다. 천연가스의 양.
수소를 생산하기 위해 연료를 화학적으로 전환시키는 과정을 개질(reforming)이라고 하며, 이에 해당하는 장치를 개질기(reformer)라고 합니다.
연료전지의 장점과 단점
연료 전지의 에너지 효율에 대한 열역학적 제한이 없기 때문에 연료 전지는 내연 기관보다 에너지 효율적입니다. 연료 전지의 효율은 50%인 반면 내연 기관의 효율은 12~15%이며 증기 터빈 발전소의 효율은 40%를 넘지 않습니다. 열과 물을 사용함으로써 연료 전지의 효율이 더욱 높아집니다.
예를 들어 내연 기관과 달리 연료 전지의 효율은 최대 출력으로 작동하지 않는 경우에도 매우 높게 유지됩니다. 또한 별도의 블록을 추가하기만 하면 연료 전지의 출력을 높일 수 있지만 효율성은 변하지 않습니다. 즉, 대규모 설치가 작은 설치만큼 효율적입니다. 이러한 상황은 고객의 희망에 따라 장비 구성을 매우 유연하게 선택할 수 있게 하여 궁극적으로 장비 비용 절감으로 이어집니다.
연료 전지의 중요한 장점은 환경 친화성입니다. 연료 전지 작동으로 인한 오염 물질의 대기 배출은 매우 낮아 미국의 일부 지역에서는 정부의 특별 허가가 필요하지 않습니다. 정부 기관대기 환경의 품질을 제어합니다.
연료전지를 건물에 직접 배치할 수 있어 에너지 전달 손실을 줄일 수 있고, 반응 결과 발생하는 열을 건물에 열이나 온수를 공급하는 데 사용할 수 있다. 자율적인 열원 및 전력 공급원은 외딴 지역과 전기가 부족하고 비용이 많이 드는 지역에서 매우 유용할 수 있지만 동시에 수소 함유 원료(석유, 천연 가스)가 매장되어 있습니다. .
연료 전지의 장점은 또한 연료의 가용성, 신뢰성(연료 전지에는 움직이는 부품이 없음), 내구성 및 작동 용이성입니다.
오늘날 연료 전지의 주요 단점 중 하나는 상대적으로 높은 비용이지만, 이 단점은 더 많은 회사가 생산함에 따라 곧 극복될 것입니다. 상업용 샘플연료 전지는 지속적으로 개선되고 있으며 비용은 감소하고 있습니다.
그러나 순수 수소를 연료로 가장 효율적으로 사용하려면 생성 및 운송을 위한 특수 인프라를 구축해야 합니다. 현재 모든 상업용 디자인은 천연 가스 및 유사한 연료를 사용합니다. 자동차는 일반 휘발유를 사용할 수 있으므로 기존에 개발된 주유소 네트워크를 유지할 수 있습니다. 그러나 이러한 연료를 사용하면 대기 중으로 유해한 배출물이 발생하고(비록 매우 낮음) 연료 전지가 복잡해집니다(따라서 비용이 증가합니다). 미래에는 환경 친화적인 재생 가능 에너지원(예: 태양 에너지또는 풍력) 전기 분해를 통해 물을 수소와 산소로 분해한 다음 생성된 연료를 연료 전지로 변환합니다. 폐쇄 사이클에서 작동하는 이러한 복합 발전소는 완전히 환경 친화적이고 신뢰할 수 있으며 내구성 있고 효율적인 에너지원이 될 수 있습니다.
연료 전지의 또 다른 특징은 전기 에너지와 열 에너지를 동시에 사용할 때 가장 효율적이라는 것입니다. 그러나 모든 시설에서 열 에너지를 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 연료 전지를 전기 에너지 생성에만 사용하는 경우 "전통적인" 설비의 효율성을 초과하지만 효율성이 떨어집니다.
연료 전지의 역사와 현대적 용도
연료 전지의 작동 원리는 1839년에 발견되었습니다. 영국 과학자 William Grove(1811-1896)는 전류에 의해 물을 수소와 산소로 분해하는 전기 분해 과정이 가역적이라는 것을 발견했습니다. 즉, 수소와 산소는 연소 없이 물 분자로 결합될 수 있지만 열과 전류의 방출. 그로브는 이러한 반응이 일어나는 장치를 최초의 연료 전지인 "가스 배터리"라고 불렀습니다.
연료 전지 기술의 활발한 개발은 2차 세계 대전 이후 시작되었으며 항공 우주 산업과 관련이 있습니다. 그 당시 효율적이고 신뢰할 수 있는 검색이 수행되었지만 동시에 매우 컴팩트한 에너지원이었습니다. 1960년대에 NASA 전문가(국립 항공 우주국, NASA)는 Apollo(달 유인 비행), Apollo-Soyuz, Gemini 및 Skylab 프로그램의 우주선을 위한 전원으로 연료 전지를 선택했습니다. Apollo는 극저온 수소와 산소를 사용하여 전기, 열 및 물을 생산하는 1.5kW 장치 3개(2.2kW 피크 전력)를 사용했습니다. 각 설치의 질량은 113kg입니다. 이 세 개의 셀은 병렬로 작동했지만 하나의 유닛에서 생성된 에너지는 안전하게 반환하기에 충분했습니다. 18번의 비행 동안 연료 전지는 고장 없이 총 10,000시간을 축적했습니다. 현재 연료 전지는 우주선에 탑재된 모든 전기 에너지를 생성하는 12W 전력의 3개 장치를 사용하는 우주 왕복선 "우주 왕복선"에 사용됩니다(그림 2). 전기 화학 반응의 결과로 얻은 물은 식수 및 냉각 장비로 사용됩니다.
우리나라에서는 우주 비행에 사용할 연료 전지를 만드는 작업도 진행 중이었습니다. 예를 들어, 연료 전지는 전력을 공급하는 데 사용되었습니다. 소비에트 선박재사용 가능한 "부란".
연료 전지의 상업적 사용 방법 개발은 1960년대 중반에 시작되었습니다. 이러한 개발은 정부 기관에서 부분적으로 자금을 지원했습니다.
현재 연료 전지 사용 기술 개발은 여러 방향으로 진행되고 있습니다. 이것은 연료 전지 (중앙 집중식 및 분산 형 에너지 공급 모두), 차량 발전소 (우리 나라를 포함하여 연료 전지의 자동차 및 버스 샘플이 생성됨)에 고정 발전소를 만드는 것입니다 (그림 3). 또한 다양한 모바일 장치(노트북, 휴대폰 등)용 전원 공급 장치도 있습니다(그림 4).
다양한 분야에서 연료 전지를 사용하는 예는 표에 나와 있습니다. 하나.
건물의 자동 열 및 전력 공급을 위해 설계된 최초의 상용 연료 전지 모델 중 하나는 ONSI Corporation(현재 United Technologies, Inc.)에서 제조한 PC25 모델 A였습니다. 공칭 전력이 200kW인 이 연료 전지는 인산 기반 전해질을 사용하는 전지 유형(Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC)에 속합니다. 모델명의 숫자 "25"는 디자인의 일련번호를 의미합니다. 이전 모델의 대부분은 1970년대에 등장한 12.5kW "PC11" 모델과 같이 실험적이거나 테스트 피스였습니다. 새 모델은 단일 연료 전지에서 가져오는 전력을 증가시켰고 생산되는 에너지의 킬로와트당 비용도 줄였습니다. 현재 가장 효율적인 상용 모델 중 하나는 PC25 모델 C 연료 전지입니다. 모델 "A"와 마찬가지로 이것은 200kW의 출력을 가진 PAFC 유형의 완전 자동 연료 전지이며 서비스 대상에 독립적인 열 및 전기 공급원으로 직접 설치하도록 설계되었습니다. 이러한 연료 전지는 건물 외부에 설치할 수 있습니다. 길이 5.5m, 폭 3m, 높이 3m, 무게 18,140kg의 평행 육면체입니다. 이전 모델과의 차이점은 개선된 개질기와 더 높은 전류 밀도입니다.
| 1 번 테이블 연료 전지의 범위 |
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일부 유형의 연료 전지에서는 화학 공정을 반대로 할 수 있습니다. 전극에 전위차를 가하면 물이 수소와 산소로 분해되어 다공성 전극에 모일 수 있습니다. 부하가 연결되면 이러한 재생 연료 전지는 전기 에너지를 생성하기 시작합니다.
연료 전지 사용에 대한 유망한 방향은 광전지 패널 또는 풍력 터빈과 같은 재생 가능 에너지원과 함께 사용하는 것입니다. 이 기술을 사용하면 대기 오염을 완전히 피할 수 있습니다. 예를 들어 Oberlin의 Adam Joseph Lewis 교육 센터에서 유사한 시스템을 만들 계획입니다(ABOK, 2002, No. 5, p. 10 참조). 현재 이 건물의 에너지원 중 하나로, 태양 전지 패널. NASA 전문가들과 함께 광전지 패널을 사용하여 전기 분해를 통해 물에서 수소와 산소를 생산하는 프로젝트가 개발되었습니다. 그런 다음 수소는 연료 전지에서 전기와 온수를 생성하는 데 사용됩니다. 이를 통해 건물은 흐린 날과 밤에 모든 시스템의 성능을 유지할 수 있습니다.
연료 전지의 작동 원리
양성자 교환막(Proton Exchange Membrane, PEM)을 예로 들어 가장 단순한 요소를 사용하는 연료 전지의 작동 원리를 생각해 봅시다. 이러한 요소는 양극 및 음극 촉매와 함께 양극(양극)과 음극(음극) 사이에 배치된 고분자막으로 구성됩니다. 고분자막이 전해질로 사용됩니다. PEM 요소의 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 5.
양성자 교환막(PEM)은 얇은(일반 용지 두께 약 2-7장) 고체 유기 화합물입니다. 이 막은 전해질로 기능합니다. 물이 있을 때 물질을 양전하 이온과 음전하 이온으로 분리합니다.
산화 과정은 양극에서 발생하고 환원 과정은 음극에서 발생합니다. PEM 셀의 양극과 음극은 탄소와 백금 입자가 혼합된 다공성 물질로 만들어집니다. 백금은 해리 반응을 촉진하는 촉매 역할을 합니다. 양극과 음극은 각각 수소와 산소가 자유롭게 통과할 수 있도록 다공성으로 만들어졌습니다.
양극과 음극은 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하고 열과 물은 물론 전기 에너지를 제거하는 두 개의 금속판 사이에 위치한다.
수소 분자는 플레이트의 채널을 통해 양극으로 이동하여 분자가 개별 원자로 분해됩니다(그림 6).
그림 5 () 양성자 교환막(PEM) 연료 전지의 개략도 |
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그림 6 () 플레이트의 채널을 통해 수소 분자가 양극으로 들어가고 여기서 분자는 개별 원자로 분해됩니다. |
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그림 7 () 촉매 존재 하에서 화학 흡착의 결과로 수소 원자가 양성자로 전환됩니다. |
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그림 8 () 양으로 하전된 수소 이온은 멤브레인을 통해 음극으로 확산되고 전자 흐름은 부하가 연결된 외부 전기 회로를 통해 음극으로 향합니다. |
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그림 9 () 촉매가 있는 상태에서 음극에 공급된 산소는 양성자 교환막의 수소 이온과 외부 전기 회로의 전자와 화학 반응을 일으킵니다. 화학 반응의 결과로 물이 생성됩니다. |
그런 다음 촉매 존재 하에서 화학 흡착의 결과로 각각 하나의 전자를 제공하는 수소 원자 e - 는 양전하를 띤 수소 이온 H +, 즉 양성자로 변환됩니다(그림 7).
양으로 하전된 수소 이온(양성자)은 멤브레인을 통해 음극으로 확산되고 전자 흐름은 부하(전기 에너지 소비)가 연결된 외부 전기 회로를 통해 음극으로 향합니다(그림 8).
촉매가 있는 상태에서 음극에 공급된 산소는 양성자 교환막의 수소 이온(양성자)과 외부 전기 회로의 전자와 화학 반응을 일으킵니다(그림 9). 화학 반응의 결과로 물이 형성됩니다.
다른 유형의 연료 전지(예: 인산 H 3 PO 4 용액인 산성 전해질 사용)의 화학 반응은 양성자 교환막이 있는 연료 전지의 화학 반응과 완전히 동일합니다.
모든 연료 전지에서 화학 반응 에너지의 일부는 열로 방출됩니다.
외부 회로에서 전자의 흐름은 일을 하는 데 사용되는 직류입니다. 외부 회로를 열거나 수소 이온의 이동을 중지하면 화학 반응이 중지됩니다.
연료 전지에서 생산되는 전기 에너지의 양은 연료 전지의 유형, 기하학적 치수, 온도, 가스 압력에 따라 다릅니다. 단일 연료 전지는 1.16V 미만의 EMF를 제공합니다. 연료 전지의 크기를 늘릴 수 있지만 실제로는 배터리에 연결된 여러 개의 전지가 사용됩니다(그림 10).
연료 전지 장치
PC25 모델 C 모델의 예에서 연료 전지 장치를 고려해 봅시다. 연료 전지의 계획은 그림에 나와 있습니다. 열하나.
연료 전지 "PC25 모델 C"는 연료 프로세서, 실제 발전 섹션 및 전압 변환기의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
연료 전지의 주요 부분인 발전 부분은 256개의 개별 연료 전지로 구성된 스택입니다. 연료 전지 전극의 구성은 백금 촉매를 포함합니다. 이 셀을 통해 155볼트의 전압에서 1,400암페어의 직류 전류가 생성됩니다. 배터리의 치수는 길이 약 2.9m, 폭 및 높이 약 0.9m입니다.
전기 화학 공정은 177 ° C의 온도에서 발생하므로 시동시 배터리를 가열하고 작동 중에 열을 제거해야합니다. 이를 위해 연료 전지에는 별도의 물 회로가 포함되어 있으며 배터리에는 특수 냉각판이 장착되어 있습니다.
연료 프로세서를 사용하면 천연 가스를 전기 화학 반응에 필요한 수소로 변환할 수 있습니다. 이 과정을 개혁이라고 합니다. 연료 처리기의 주요 요소는 개질기입니다. 개질기에서 천연 가스(또는 기타 수소 함유 연료)는 니켈 촉매가 있는 상태에서 고온(900°C) 및 고압에서 증기와 반응합니다. 다음과 같은 화학 반응이 일어납니다.
CH 4 (메탄) + H 2 O 3H 2 + CO
(흡열 반응, 흡열 반응);
CO + H2OH2 + CO2
(반응은 열 방출과 함께 발열 반응입니다).
전체 반응은 다음 방정식으로 표현됩니다.
CH 4 (메탄) + 2H 2 O 4H 2 + CO 2
(흡열 반응, 흡열 반응).
천연 가스 변환에 필요한 고온을 제공하기 위해 연료 전지 스택에서 사용된 연료의 일부는 개질기를 필요한 온도로 유지하는 버너로 보내집니다.
개질에 필요한 증기는 연료 전지 작동 중에 형성된 응축수에서 생성됩니다. 이 경우 연료전지 스택에서 제거된 열을 이용한다(그림 12).
연료전지 스택은 저전압 대전류 특성을 갖는 간헐적인 직류를 발생시킨다. 전압 변환기를 사용하여 산업 표준 AC로 변환합니다. 또한 전압 변환기 장치에는 다양한 제어 장치와 안전 인터록 회로가 포함되어 있어 다양한 고장 시 연료 전지를 끌 수 있습니다.
이러한 연료 전지에서는 연료 에너지의 약 40%가 전기 에너지로 변환될 수 있습니다. 대략 같은 양, 즉 연료 에너지의 약 40%로 변환될 수 있습니다. 열 에너지, 난방, 온수 공급 및 이와 유사한 목적의 열원으로 사용됩니다. 따라서 이러한 플랜트의 총 효율성은 80%에 도달할 수 있습니다.
이러한 열 및 전기 공급원의 중요한 이점은 자동 작동 가능성입니다. 유지 보수를 위해 연료 전지가 설치된 시설의 소유자는 특별히 훈련된 인력을 유지할 필요가 없습니다. 정기점검운영 조직의 직원이 수행할 수 있습니다.
연료 전지 유형
현재, 사용되는 전해질의 조성이 다른 몇 가지 유형의 연료 전지가 알려져 있다. 다음 네 가지 유형이 가장 널리 퍼져 있습니다(표 2).
1. 양성자 교환막이 있는 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC).
2. 오르토인산(인산) 기반 연료 전지(Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC).
3. 용융 탄산염 기반 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC).
4. 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cells, SOFC). 현재 가장 큰 연료 전지 함대는 PAFC 기술을 기반으로 제작되었습니다.
주요 기능 중 하나 다른 유형연료 전지는 작동 온도입니다. 여러 면에서 연료 전지의 범위를 결정하는 것은 온도입니다. 예를 들어 노트북의 경우 고온이 중요하므로 작동 온도가 낮은 양성자 교환막 연료 전지가 이 시장 부문을 위해 개발되고 있습니다.
건물의 자율 전원 공급을 위해서는 설치 용량이 큰 연료 전지가 필요하고 동시에 열 에너지를 사용할 수 있으므로 다른 유형의 연료 전지도 이러한 목적으로 사용할 수 있습니다.
양성자 교환막 연료 전지(PEMFC)
이러한 연료 전지는 상대적으로 낮은 작동 온도(60-160°C)에서 작동합니다. 전력 밀도가 높고 출력 전력을 빠르게 조정할 수 있으며 빠르게 켤 수 있습니다. 이러한 유형의 요소의 단점은 오염된 연료가 멤브레인을 손상시킬 수 있기 때문에 연료 품질에 대한 요구 사항이 높다는 것입니다. 이 유형의 연료 전지의 공칭 전력은 1-100kW입니다.
양성자 교환막 연료 전지는 원래 NASA를 위해 1960년대에 General Electric Corporation에서 개발했습니다. 이러한 유형의 연료 전지는 PEM(Proton Exchange Membrane)이라는 고체 고분자 전해질을 사용합니다. 양성자는 양성자 교환막을 통해 이동할 수 있지만 전자는 통과할 수 없으므로 음극과 양극 사이에 전위차가 발생합니다. 단순성과 신뢰성으로 인해 이러한 연료 전지는 유인 항공기의 전원으로 사용되었습니다. 우주선쌍둥이 자리.
이러한 유형의 연료 전지는 휴대 전화에서 버스 및 고정 전원 시스템에 이르기까지 프로토타입 및 프로토타입을 포함하여 다양한 장치의 전원으로 사용됩니다. 작동 온도가 낮기 때문에 이러한 셀을 다양한 유형의 복합 장치에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 전자 기기. 많은 양의 열 에너지가 필요한 공공 및 산업 건물의 열 및 전력 공급원으로 사용하는 것이 덜 효율적입니다. 동시에 이러한 요소는 기후가 더운 지역에 지어진 코티지와 같은 소규모 주거용 건물의 자율 전원 공급원으로 유망합니다.
| 표 2 연료 전지 유형 |
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인산 연료 전지(PAFC)
이러한 유형의 연료 전지에 대한 테스트는 이미 1970년대 초에 수행되었습니다. 작동 온도 범위 - 150-200 °C. 주요 응용 분야는 중간 전력(약 200kW)의 자율 열원 및 전원 공급 장치입니다.
이러한 연료 전지에 사용되는 전해질은 인산 용액입니다. 전극은 백금 촉매가 분산된 탄소로 코팅된 종이로 만들어집니다.
PAFC 연료 전지의 전기 효율은 37-42%입니다. 그러나 이러한 연료전지는 충분히 높은 온도에서 작동하기 때문에 작동 결과 발생하는 증기를 이용할 수 있다. 이 경우 전체 효율은 80%에 도달할 수 있습니다.
에너지를 생성하려면 수소 함유 공급원료가 개질 공정을 통해 순수한 수소로 전환되어야 합니다. 예를 들어 휘발유를 연료로 사용하는 경우 황이 백금 촉매를 손상시킬 수 있으므로 황 화합물을 제거해야 합니다.
PAFC 연료 전지는 경제적으로 정당화된 최초의 상업용 연료 전지였습니다. 가장 일반적인 모델은 ONSI Corporation(현재 United Technologies, Inc.)에서 제조한 200kW PC25 연료 전지였습니다(그림 13). 예를 들어, 이러한 요소는 뉴욕 센트럴 파크의 경찰서에서 열과 전기의 원천으로 사용되거나 Conde Nast 빌딩 및 Four Times Square의 추가 에너지원으로 사용됩니다. 이 유형의 가장 큰 발전소는 일본에 위치한 11MW 발전소로 테스트되고 있습니다.
인산을 기반으로 하는 연료 전지는 차량의 에너지원으로도 사용됩니다. 예를 들어, 1994년에 H-Power Corp., Georgetown University 및 미국 에너지부는 버스에 50kW 발전소를 장착했습니다.
용융 탄산염 연료 전지(MCFC)
이 유형의 연료 전지는 600~700°C의 매우 높은 온도에서 작동합니다. 이러한 작동 온도를 통해 별도의 개질 장치 없이 연료를 셀 자체에서 직접 사용할 수 있습니다. 이 프로세스를 "내부 개질"이라고 합니다. 연료 전지의 설계를 크게 단순화할 수 있습니다.
용융 탄산염을 기반으로 하는 연료 전지는 상당한 시동 시간이 필요하고 출력 전력을 신속하게 조정할 수 없으므로 주요 응용 분야는 큰 고정식 열원 및 전기입니다. 그러나 높은 연료 변환 효율(전기 효율 60% 및 전체 효율 최대 85%)로 구별됩니다.
이러한 유형의 연료 전지에서 전해질은 약 650°C로 가열된 탄산칼륨과 탄산리튬 염으로 구성됩니다. 이러한 조건에서 염은 용융 상태가 되어 전해질을 형성합니다. 양극에서 수소는 CO 3 이온과 상호 작용하여 물, 이산화탄소를 형성하고 전자를 방출하여 외부 회로로 보내고 음극에서는 산소가 이산화탄소 및 외부 회로의 전자와 상호 작용하여 다시 CO 3 이온을 형성합니다.
이러한 유형의 연료 전지의 실험실 샘플은 네덜란드 과학자 G. H. J. Broers와 J. A. A. Ketelaar에 의해 1950년대 후반에 만들어졌습니다. 1960년대에 17세기 영국의 저명한 작가이자 과학자의 후손인 엔지니어 Francis T. Bacon이 이러한 원소를 가지고 작업했는데, 이것이 MCFC 연료 전지를 베이컨 원소라고 부르기도 하는 이유입니다. NASA의 Apollo, Apollo-Soyuz 및 Scylab 프로그램은 이러한 연료 전지를 전원으로 사용했습니다(그림 14). 같은 해에 미 국방부는 텍사스 인스트루먼트에서 제조한 여러 MCFC 연료 전지 샘플을 테스트했는데, 여기에는 군용 휘발유가 연료로 사용되었습니다. 1970년대 중반 미국 에너지부는 실용적인 응용에 적합한 고정식 용융 탄산염 연료 전지를 개발하기 위한 연구를 시작했습니다. 1990년대에는 캘리포니아의 미라마 미 해군 비행장과 같이 최대 250kW 등급의 상업용 장치가 가동되었습니다. 1996년 FuelCell Energy, Inc. 에 출시 시운전캘리포니아주 산타클라라에 있는 2MW 프리시리즈 공장.
고체 산화물 연료 전지(SOFC)
고체 산화물 연료 전지는 설계가 단순하고 700-1000 °C의 매우 높은 온도에서 작동합니다. 이러한 높은 온도는 상대적으로 "더러운" 정제되지 않은 연료를 사용할 수 있게 합니다. 용융 탄산염을 기반으로 한 연료 전지와 동일한 기능으로 유사한 응용 분야, 즉 대형 고정 열원 및 전기 공급원이 결정됩니다.
고체 산화물 연료 전지는 PAFC 및 MCFC 기술을 기반으로 하는 연료 전지와 구조적으로 다릅니다. 양극, 음극 및 전해질은 특수 등급의 세라믹으로 만들어집니다. 대부분의 경우 산화지르코늄과 산화칼슘의 혼합물이 전해질로 사용되지만 다른 산화물도 사용할 수 있습니다. 전해질은 다공성 전극 물질로 양면에 코팅된 결정 격자를 형성합니다. 구조적으로 이러한 요소는 튜브 또는 평판 형태로 만들어 지므로 전자 산업에서 널리 사용되는 기술을 제조에 사용할 수 있습니다. 결과적으로 고체 산화물 연료 전지는 매우 높은 온도에서 작동할 수 있으므로 전기 에너지와 열 에너지를 모두 생산하는 데 사용할 수 있습니다.
높은 작동 온도에서 산소 이온은 음극에서 형성되며 결정 격자를 통해 양극으로 이동하여 수소 이온과 상호 작용하여 물을 형성하고 자유 전자를 방출합니다. 이 경우 셀에서 직접 천연 가스로부터 수소가 방출됩니다. 즉, 별도의 개질기가 필요하지 않습니다.
고체 산화물 연료 전지를 만들기 위한 이론적 토대는 스위스 과학자 Bauer(Emil Bauer)와 Preis(H. Preis)가 지르코늄, 이트륨, 세륨, 란탄 및 텅스텐을 사용하여 실험한 1930년대 후반에 마련되었습니다. 전해질로.
이러한 연료 전지의 첫 번째 프로토타입은 1950년대 후반에 여러 미국 및 네덜란드 회사에서 제작되었습니다. 이 회사들 대부분은 기술적인 어려움 때문에 곧 더 이상의 연구를 포기했지만 그 중 하나인 Westinghouse Electric Corp. (현재 "Siemens Westinghouse Power Corporation"), 작업을 계속했습니다. 이 회사는 현재 올해 예상되는 튜브형 토폴로지 고체 산화물 연료 전지의 상용 모델에 대한 선주문을 받고 있습니다(그림 15). 이러한 요소의 시장 부문은 250kW ~ 5MW 용량의 열 및 전기 에너지 생산을 위한 고정 설비입니다.
SOFC형 연료전지는 매우 높은 신뢰성을 보였다. 예를 들어, Siemens Westinghouse 연료 전지 프로토타입은 16,600시간을 기록했으며 계속 작동하여 세계에서 가장 긴 연속 연료 전지 수명이 되었습니다.
SOFC 연료 전지의 고온, 고압 작동 모드는 연료 전지 배출이 전기를 생성하는 데 사용되는 가스 터빈을 구동하는 하이브리드 플랜트를 생성할 수 있게 합니다. 최초의 하이브리드 공장은 캘리포니아 어바인에서 운영되고 있습니다. 이 발전소의 정격 출력은 220kW이며, 이 중 200kW는 연료 전지에서, 20kW는 마이크로터빈 발전기에서 나옵니다.
미국은 2020년까지 연료 전지 차량을 실용적이고 경제적으로 만들기 위한 인프라 및 기술인 수소 연료 전지를 개발하기 위한 몇 가지 이니셔티브를 취했습니다. 이러한 목적을 위해 10억 달러 이상이 할당되었습니다.
연료 전지는 공해 없이 조용하고 효율적으로 전기를 생성합니다. 환경. 화석 연료 에너지원과 달리 연료 전지의 부산물은 열과 물입니다. 어떻게 작동합니까?
이 기사에서는 기존의 각 연료 기술오늘은 연료 전지의 설계 및 작동에 대해 이야기하고 다른 형태의 에너지 생산과 비교합니다. 우리는 또한 연료 전지를 소비자에게 실용적이고 저렴하게 만드는 데 있어 연구원들이 직면한 몇 가지 장애물에 대해 논의할 것입니다.
연료전지는 전기화학 에너지 변환 장치. 연료 전지 변환 화학 물질, 수소와 산소를 물에 넣고 전기를 생산하는 과정에서.
우리 모두에게 매우 친숙한 또 다른 전기화학 장치는 배터리입니다. 배터리는 내부에 필요한 모든 화학 원소를 가지고 있으며 이러한 물질을 전기로 바꿉니다. 이것은 배터리가 결국 "죽고" 버리거나 재충전한다는 것을 의미합니다.
연료 전지에서는 화학 물질이 지속적으로 공급되어 절대 "죽지" 않습니다. 화학 물질이 세포에 들어가는 한 전기가 생성됩니다. 오늘날 사용되는 대부분의 연료 전지는 수소와 산소를 사용합니다.
수소는 우리 은하에서 가장 흔한 원소입니다. 그러나 수소는 실질적으로 원소 형태로 지구상에 존재하지 않습니다. 엔지니어와 과학자들은 화석 연료나 물을 포함한 수소 화합물에서 순수한 수소를 추출해야 합니다. 이러한 화합물에서 수소를 추출하려면 열 또는 전기 형태의 에너지를 소비해야 합니다.
연료 전지의 발명
윌리엄 그로브 경은 1839년에 최초의 연료 전지를 발명했습니다. Grove는 물에 전류를 흐르게 함으로써 물이 수소와 산소로 분리될 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 전기분해). 그는 역순으로 전기와 물을 얻을 수 있다고 제안했습니다. 그는 원시적인 연료 전지를 만들고 이름을 붙였습니다. 가스 갈바니 전지. 새로운 발명품을 실험한 후 Grove는 자신의 가설을 증명했습니다. 50년 후, 과학자 Ludwig Mond와 Charles Langer는 이 용어를 만들었습니다. 연료 전지들발전을 위한 실용적인 모델을 구축하려고 할 때.
연료 전지는 도시 발전소의 가스 터빈, 자동차의 내연 기관 및 모든 종류의 배터리를 포함하여 다른 많은 에너지 변환 장치와 경쟁하게 될 것입니다. 가스 터빈과 같은 내연 기관은 연소합니다. 다른 종류연료를 공급하고 가스 팽창으로 생성된 압력을 사용하여 기계 작업을 수행합니다. 배터리는 필요할 때 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 연료 전지는 이러한 작업을 보다 효율적으로 수행해야 합니다.
연료 전지는 전기 모터, 조명 및 기타 전기 제품에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있는 DC(직류) 전압을 제공합니다.
각각 다른 화학 공정을 사용하는 여러 가지 유형의 연료 전지가 있습니다. 연료 전지는 일반적으로 그 종류에 따라 분류됩니다. 작동 온도그리고 유형전해질,그들이 사용하는. 일부 유형의 연료 전지는 고정식 발전소에서 사용하기에 적합합니다. 다른 것들은 작은 휴대용 장치나 자동차에 동력을 공급하는 데 유용할 수 있습니다. 연료 전지의 주요 유형은 다음과 같습니다.
고분자 교환막 연료 전지(PEMFC)
PEMFC는 운송 응용 분야에서 가장 유력한 후보로 간주됩니다. PEMFC는 높은 전력과 상대적으로 낮은 작동 온도(섭씨 60~80도 범위)를 모두 가지고 있습니다. 낮은 작동 온도는 연료 전지가 빠르게 예열되어 전기 생성을 시작할 수 있음을 의미합니다.
고체 산화물 연료 전지(SOFC)
이러한 연료 전지는 공장이나 도시에 전기를 공급할 수 있는 대형 고정식 발전기에 가장 적합합니다. 이 유형의 연료 전지는 매우 높은 온도(섭씨 700~1000도)에서 작동합니다. 높은 온도는 몇 번의 켜고 끄기 사이클 후에 일부 연료 전지가 고장날 수 있기 때문에 신뢰성 문제입니다. 그러나 고체 산화물 연료 전지는 연속 작동에서 매우 안정적입니다. 실제로 SOFC는 특정 조건에서 연료 전지의 가장 긴 작동 수명을 입증했습니다. 높은 온도는 또한 연료 전지에서 생성된 증기가 터빈으로 향하여 더 많은 전기를 생성할 수 있다는 이점이 있습니다. 이 프로세스는 열과 전기의 열병합전반적인 시스템 효율성을 향상시킵니다.
알칼리 연료 전지(AFC)
1960년대부터 사용된 가장 오래된 연료 전지 설계 중 하나입니다. AFC는 순수한 수소와 산소를 필요로 하기 때문에 오염에 매우 취약합니다. 또한 매우 비싸기 때문에 이러한 유형의 연료 전지는 대량 생산에 투입될 가능성이 낮습니다.
용융 탄산염 연료 전지(MCFC)
SOFC와 마찬가지로 이 연료 전지는 대형 고정식 발전소 및 발전기에도 가장 적합합니다. 그들은 섭씨 600도에서 작동하여 증기를 생성할 수 있으며, 이를 통해 더 많은 전력을 생성할 수 있습니다. 고체 산화물 연료 전지보다 작동 온도가 낮기 때문에 내열 재료가 필요하지 않습니다. 이것은 그것들을 조금 더 저렴하게 만듭니다.
인산 연료 전지(PAFC)
인산 연료 전지소형 고정 전원 시스템에 사용할 가능성이 있습니다. 고분자 교환막 연료전지보다 높은 온도에서 작동하기 때문에 예열시간이 길어 자동차용으로는 부적합하다.
메탄올 연료 전지 직접 메탄올 연료 전지(DMFC)
메탄올 연료 전지는 작동 온도 측면에서 PEMFC와 유사하지만 효율적이지는 않습니다. 또한 DMFC는 촉매로 백금이 상당히 많이 필요하기 때문에 연료전지의 가격이 비싸다.
폴리머 교환막이 있는 연료 전지
고분자 교환막 연료 전지(PEMFC)는 가장 유망한 연료 전지 기술 중 하나입니다. PEMFC는 모든 연료 전지의 가장 간단한 반응 중 하나를 사용합니다. 그것이 무엇으로 구성되어 있는지 고려하십시오.
1. 하지만 마디 – 연료 전지의 음극 단자. 수소 분자에서 방출된 전자를 전도한 후 외부 회로에서 사용할 수 있습니다. 수소 가스가 촉매 표면에 고르게 분포되는 채널이 새겨져 있습니다.
2.에게 원자 - 연료 전지의 양극 단자에는 촉매 표면에 산소를 분배하기 위한 채널도 있습니다. 또한 촉매의 외부 사슬에서 전자를 다시 전도하여 수소 및 산소 이온과 결합하여 물을 형성할 수 있습니다.
3.전해질-양성자 교환막. 양전하를 띤 이온만 전도하고 전자를 차단하는 특수 처리된 소재입니다. PEMFC에서 멤브레인은 적절하게 기능하고 안정적으로 유지되도록 수화되어야 합니다.
4. 촉매산소와 수소의 반응을 촉진시키는 특수 소재입니다. 일반적으로 탄소 종이나 직물에 매우 얇게 증착된 백금 나노입자로 만들어집니다. 촉매는 백금의 최대 표면적이 수소나 산소에 노출될 수 있는 표면 구조를 갖는다.
그림은 압력을 받고 양극 쪽에서 연료 전지로 들어가는 수소 가스(H2)를 보여줍니다. H2 분자가 촉매에서 백금과 접촉하면 2개의 H+ 이온과 2개의 전자로 분리됩니다. 전자는 외부 회로에서 사용되는 양극을 통과합니다(수행 유용한 작업, 모터 회전과 같은) 연료 전지의 음극 측으로 돌아갑니다.
한편, 연료 전지의 음극 쪽에서는 공기의 산소(O2)가 촉매를 통과하여 두 개의 산소 원자를 형성합니다. 이 원자들 각각은 강한 음전하를 띤다. 이 음전하는 멤브레인을 가로질러 2개의 H+ 이온을 끌어들여 외부 회로에서 산소 원자 및 2개의 전자와 결합하여 물 분자(H2O)를 형성합니다.
단일 연료 전지에서 이 반응은 약 0.7볼트만 생성합니다. 전압을 적정 수준으로 올리기 위해서는 많은 개별 연료전지가 결합되어 연료전지 스택을 형성해야 합니다. 바이폴라 플레이트는 하나의 연료 전지를 다른 연료 전지에 연결하는 데 사용되며 전위가 감소하면서 산화가 진행됩니다. 양극판의 가장 큰 문제는 안정성입니다. 금속 분리판은 부식될 수 있으며 부산물(철 및 크롬 이온)은 연료 전지 멤브레인 및 전극의 효율을 감소시킵니다. 따라서 저온 연료전지는 경금속, 흑연, 탄소와 열경화성 물질(열경화성 물질은 고온에서도 고체를 유지하는 플라스틱의 일종)의 복합화합물을 쌍극판재 형태로 사용한다.
연료전지 효율
오염을 줄이는 것은 연료 전지의 주요 목표 중 하나입니다. 연료 전지로 구동되는 자동차와 가솔린 엔진으로 구동되는 자동차 및 배터리로 구동되는 자동차를 비교하면 연료 전지가 자동차의 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 알 수 있습니다.
세 가지 유형의 자동차 모두 동일한 구성 요소가 많기 때문에 자동차의 이 부분을 무시하고 비교하겠습니다. 유익한 행동기계적 에너지가 생성되는 지점까지. 연료 전지 자동차부터 시작해 봅시다.
연료 전지가 순수한 수소로 구동되는 경우 효율은 최대 80%까지 높아질 수 있습니다. 따라서 수소 에너지 함량의 80%를 전기로 변환합니다. 그러나 우리는 여전히 전기 에너지를 기계적인 일로 변환해야 합니다. 이것은 전기 모터와 인버터에 의해 달성됩니다. 모터+인버터의 효율도 약 80%이다. 이는 대략 80*80/100=64%의 전체 효율성을 제공합니다. Honda의 FCX 컨셉트 차량은 에너지 효율이 60%인 것으로 알려졌습니다.
연료원이 순수한 수소의 형태가 아닌 경우, 차량개혁가도 필요합니다. 개질기는 탄화수소 또는 알코올 연료를 수소로 변환합니다. 열을 발생시키고 수소 외에 CO와 CO2를 생성합니다. 생성된 수소를 정제하기 위해 그들은 다음을 사용합니다. 다양한 장치, 그러나 이 청소는 불충분하고 연료 전지의 효율성을 감소시킵니다. 따라서 연구진은 수소 생산 및 저장과 관련된 문제에도 불구하고 순수 수소로 달리는 차량용 연료전지에 집중하기로 했다.
가솔린 엔진과 전기 배터리 자동차의 효율성
휘발유로 움직이는 자동차의 효율은 의외로 낮다. 배기 형태로 나가거나 라디에이터에 의해 흡수되는 모든 열은 낭비되는 에너지입니다. 엔진은 또한 엔진을 계속 작동시키는 다양한 펌프, 팬 및 발전기를 돌리기 위해 많은 에너지를 사용합니다. 따라서 자동차 가솔린 엔진의 전체 효율은 약 20%입니다. 따라서 휘발유의 열 에너지 함량 중 약 20%만이 기계 작업으로 변환됩니다.
배터리로 구동되는 전기 자동차는 효율성이 상당히 높습니다. 배터리 효율은 약 90%이고(대부분의 배터리는 약간의 열을 발생시키거나 가열이 필요함) 모터 + 인버터 효율은 약 80%입니다. 이것은 약 72%의 전체 효율성을 제공합니다.
하지만 그게 다가 아닙니다. 전기 자동차가 움직이기 위해서는 먼저 어딘가에서 전기가 생성되어야 합니다. (원자력, 수력, 태양열 또는 풍력이 아닌) 화석 연료 연소 과정을 사용하는 발전소라면 발전소에서 소비되는 연료의 약 40%만이 전기로 변환되었습니다. 또한 자동차를 충전하는 과정에는 교류(AC) 전원을 직류(DC) 전원으로 변환해야 합니다. 이 프로세스의 효율성은 약 90%입니다.
이제 전체 사이클을 보면 전기 자동차의 효율성은 자동차 자체의 경우 72%, 발전소의 경우 40%, 자동차 충전의 경우 90%입니다. 이것은 26%의 전체 효율성을 제공합니다. 전체 효율은 배터리 충전에 사용되는 발전소에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어 자동차의 전기가 수력 발전소에서 생성되는 경우 전기 자동차의 효율은 약 65%가 됩니다.
과학자들은 연료 전지 효율을 지속적으로 개선하기 위해 디자인을 연구하고 개선하고 있습니다. 새로운 접근 방식 중 하나는 연료 전지와 배터리 구동 차량을 결합하는 것입니다. 연료 전지로 구동되는 하이브리드 파워트레인으로 구동되는 컨셉트 차량이 개발되고 있습니다. 연료 전지가 배터리를 재충전하는 동안 리튬 배터리를 사용하여 자동차에 전원을 공급합니다.
연료 전지 자동차는 잠재적으로 화석 연료가 없는 발전소에서 충전되는 배터리 구동 자동차만큼 효율적입니다. 그러나 실용적이고 접근 가능한 방법어려울 수 있습니다.
연료 전지를 사용하는 이유는 무엇입니까?
주된 이유는 석유와 관련된 모든 것입니다. 미국은 석유의 거의 60%를 수입해야 합니다. 2025년까지 수입은 68%까지 증가할 것으로 예상됩니다. 미국인들은 매일 석유의 2/3를 운송에 사용합니다. 거리의 모든 자동차가 하이브리드 자동차라고 해도 2025년까지 미국은 여전히 2000년에 미국인이 소비한 것과 동일한 양의 석유를 사용해야 합니다. 실제로 미국은 세계 인구의 4.6%만이 이곳에 살고 있지만 세계에서 생산되는 모든 석유의 4분의 1을 소비합니다.
전문가들은 저렴한 공급원이 고갈됨에 따라 향후 수십 년 동안 유가가 계속 상승할 것으로 예상합니다. 석유 회사발전해야 한다 유전점점 더 어려운 상황에서 유가가 상승합니다.
두려움은 훨씬 더 확장됩니다. 경제 안보. 석유 판매 수익의 상당 부분은 국제 테러리즘, 급진적 정당, 산유국의 불안정한 상황을 지원하는 데 사용됩니다.
석유 및 기타 화석 연료를 에너지로 사용하면 오염이 발생합니다. 모두가 에너지를 위해 화석 연료를 태우는 대안을 찾는 것이 가장 좋습니다.
연료 전지는 석유 의존에 대한 매력적인 대안입니다. 연료 전지는 오염 대신 부산물로 깨끗한 물을 생산합니다. 엔지니어들은 가솔린이나 천연 가스와 같은 다양한 화석 자원에서 수소를 생산하는 데 일시적으로 집중했지만 미래에는 수소를 생산할 수 있는 재생 가능하고 환경 친화적인 방법을 모색하고 있습니다. 물론 가장 유망한 것은 물에서 수소를 얻는 과정이 될 것입니다.
석유 의존과 지구 온난화는 국제적인 문제입니다. 여러 국가가 연료 전지 기술의 연구 개발에 공동으로 참여하고 있습니다.
분명히 과학자와 제조업체는 연료 전지가 대안이 되기 전에 해야 할 일이 많습니다. 현대적인 방법에너지 생산. 그러나 전 세계의 지원과 글로벌 협력으로 연료 전지를 기반으로 하는 실행 가능한 에너지 시스템은 수십 년 안에 현실이 될 수 있습니다.
연료전지( 연료 전지)는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 원리는 기존 전지와 비슷하지만 전기화학 반응이 일어나기 위해서는 외부로부터 물질을 지속적으로 공급받아 작동해야 한다는 점이 다르다. 수소와 산소가 연료 전지에 공급되고 출력은 전기, 물 및 열입니다. 그들의 장점은 환경 친화성, 신뢰성, 내구성 및 작동 용이성을 포함합니다. 기존 배터리와 달리 전기화학 변환기는 연료가 있는 한 사실상 무한정 작동할 수 있습니다. 완전히 충전될 때까지 몇 시간 동안 충전할 필요가 없습니다. 또한 자동차가 엔진이 꺼진 상태로 주차되어 있는 동안 셀 자체가 배터리를 충전할 수 있습니다.
수소차에 가장 널리 사용되는 것은 양성자막 연료전지(PEMFC)와 고체산화물 연료전지(SOFC)다.
양성자 교환막이 있는 연료 전지는 다음과 같이 작동합니다. 양극과 음극 사이에는 특수 멤브레인과 백금 코팅 촉매가 있습니다. 수소는 양극으로 들어가고 산소는 음극으로 들어갑니다(예: 공기에서). 양극에서 수소는 촉매의 도움을 받아 양성자와 전자로 분해됩니다. 수소 양성자는 멤브레인을 통과하여 음극으로 들어가는 반면 전자는 외부 회로로 방출됩니다(멤브레인은 전자를 통과시키지 않음). 이렇게 얻은 전위차로 인해 전류가 발생합니다. 음극 쪽에서 수소 양성자는 산소에 의해 산화됩니다. 그 결과 자동차 배기가스의 주성분인 수증기가 생성된다. 고효율을 가진 PEM 셀에는 한 가지 중요한 단점이 있습니다. 작동에는 순수한 수소가 필요하며 저장은 다소 심각한 문제입니다.
이러한 전지에서 값비싼 백금을 대체할 촉매가 발견되면 저렴한 연료 전지가 즉시 생성되어 전기를 생성할 것이며 이는 세계가 석유 의존도를 제거할 것임을 의미합니다.
고체 산화물 셀
고체 산화물 SOFC 전지는 연료 순도에 대한 요구가 훨씬 적습니다. 또한 POX 개질기(Partial Oxidation - Partial Oxidation - Partial Oxidation)를 사용하여 일반 휘발유를 연료로 사용할 수 있습니다. 휘발유를 전기로 직접 변환하는 과정은 다음과 같습니다. 특수 장치-개질기에서 약 800 ° C의 온도에서 휘발유가 증발하여 구성 요소로 분해됩니다.
이것은 수소와 이산화탄소를 방출합니다. 또한, 온도의 영향과 SOFC의 직접적 도움으로(다공성으로 구성됨) 세라믹 소재지르코늄 산화물 기반), 수소는 공기 중의 산소에 의해 산화됩니다. 휘발유에서 수소를 얻은 후, 위에서 설명한 시나리오에 따라 프로세스가 더 진행되지만 단 한 가지 차이점이 있습니다. 수소로 작동하는 장치와 달리 SOFC 연료 전지는 원래 연료의 외부 불순물에 덜 민감합니다. 따라서 휘발유의 품질이 연료 전지의 성능에 영향을 미치지 않아야 합니다.
SOFC의 높은 작동 온도(650-800도)는 상당한 단점이며 예열 프로세스는 약 20분이 소요됩니다. 그러나 과도한 열은 개질기 및 연료 전지 자체에서 생성된 잔류 공기 및 배기 가스에 의해 완전히 제거되기 때문에 문제가 되지 않습니다. 이를 통해 SOFC 시스템을 단열 하우징의 독립형 장치로 차량에 통합할 수 있습니다.
모듈식 구조를 통해 필요한 전압을 다음과 같이 달성할 수 있습니다. 직렬 연결표준 셀 세트. 그리고 아마도 가장 중요한 것은 이러한 장치의 도입 관점에서 볼 때 SOFC에는 매우 비싼 백금 기반 전극이 없다는 것입니다. PEMFC 기술의 개발 및 보급에 장애물 중 하나는 이러한 요소의 높은 비용입니다.
연료전지의 종류
현재 다음과 같은 유형의 연료 전지가 있습니다.
- AFC– 알카라인 연료 전지(알칼리 연료 전지);
- PAFC– 인산 연료전지(phosphoric acid fuel cell);
- PEMFC– 양성자 교환막 연료 전지(양성자 교환막이 있는 연료 전지);
- DMFC– 직접 메탄올 연료 전지(직접 메탄올 분해 연료 전지);
- MCFC– 용융 탄산염 연료 전지(용융 탄산염 연료 전지);
- SOFC– 고체산화물연료전지(고체산화물연료전지).
윌리엄 그로브 경은 전기분해에 대해 많이 알고 있었기 때문에 그 과정(물을 통해 전기를 전도하여 물을 구성 요소인 수소와 산소로 분리하는 과정)이 역전되면 생산할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 종이로 계산한 후 그는 실험 단계로 가서 자신의 아이디어를 증명했습니다. 입증된 가설은 과학자 Ludwig Mond와 그의 조수 Charles Langre가 개발하여 기술을 개선했으며 1889년에 "연료 전지"라는 두 단어가 포함된 이름을 부여했습니다.
이제 이 문구는 운전자의 일상 생활에서 확고하게 자리 잡았습니다. "연료 전지"라는 용어를 한 번 이상 들어 보셨을 것입니다. 인터넷 뉴스, TV에서 새로운 단어가 점점 번쩍이고 있습니다. 그들은 일반적으로 최신 하이브리드 자동차 또는 이러한 하이브리드 자동차에 대한 개발 프로그램에 대한 이야기를 참조합니다.
예를 들어, 11년 전에 "수소 연료 이니셔티브" 프로그램이 미국에서 시작되었습니다. 이 프로그램은 2020년까지 연료 전지 차량을 실용적이고 경제적으로 실현하는 데 필요한 수소 연료 전지 및 인프라 기술 개발에 중점을 두었습니다. 그건 그렇고,이 기간 동안 프로그램에 10 억 달러 이상이 할당되었으며 이는 미국 당국이 진지하게 베팅했음을 나타냅니다.
바다 건너편에서는 자동차 제조업체들도 연료 전지 자동차에 대한 연구를 시작하거나 계속하면서 경계 태세를 갖추고 있었습니다. , 강력한 연료 전지 기술을 구축하기 위해 계속 노력했습니다.
모든 글로벌 자동차 회사 중에서 이 분야에서 가장 큰 성공을 거둔 것은 두 일본 자동차 회사이며, 그들의 연료 전지 모델은 이미 완전히 생산되고 있으며 경쟁자들은 바로 뒤에 있습니다.
따라서 자동차 산업의 연료 전지는 여기에 있습니다. 기술의 원리와 현대 자동차에서의 적용을 고려하십시오.
연료 전지의 작동 원리
사실로, . 기술적인 관점에서 연료전지는 에너지 변환을 위한 전기화학적 장치로 정의할 수 있다. 수소와 산소 입자를 물로 변환하여 전기, 즉 직류를 생산합니다.
많은 유형의 연료 전지가 있으며 일부는 이미 자동차에서 사용되고 있고 다른 일부는 연구에서 테스트되고 있습니다. 대부분 수소와 산소를 주원료로 사용 화학 원소변환에 필요합니다.
유사한 절차가 기존 배터리에서 발생합니다. 유일한 차이점은 "온보드" 변환에 필요한 모든 필수 화학 물질이 이미 포함되어 있는 반면 연료 전지는 외부 소스에서 "충전"될 수 있다는 것입니다. 전기 생산"을 계속할 수 있습니다. 수증기와 전기 외에도 절차의 또 다른 부산물은 발생하는 열입니다.
양성자-교환막 수소-산소 연료 전지는 양극과 음극의 두 전극을 분리하는 양성자 전도성 고분자막을 포함합니다. 각 전극은 일반적으로 백금 또는 백금 합금 및 기타 조성의 촉매가 증착된 탄소판(매트릭스)입니다.
애노드 촉매에서 분자 수소는 해리되어 전자를 잃습니다. 수소 양이온은 막을 통해 음극으로 전도되지만, 막은 전자가 통과하는 것을 허용하지 않기 때문에 전자는 외부 회로로 방출됩니다.
음극 촉매에서 산소 분자는 전자(외부 통신에서 공급됨) 및 들어오는 양성자와 결합하여 유일한 반응 생성물(증기 및/또는 액체 형태)인 물을 형성합니다.
wikipedia.org
자동차에 적용
모든 유형의 연료 전지 중에서 양성자 교환막을 기반으로 하는 연료 전지 또는 서양에서는 PEMFC(Polymer Exchange Membrane Fuel Cell)라고 부르는 연료 전지가 차량에 사용하기에 가장 적합한 후보가 되었습니다. 그 주된 이유는 높은 전력 밀도와 상대적으로 낮은 작동 온도이며, 이는 연료 전지를 작동시키는 데 많은 시간이 걸리지 않는다는 것을 의미합니다. 그들은 빠르게 예열되고 필요한 양의 전기를 생산하기 시작합니다. 또한 모든 유형의 연료 전지 중 가장 간단한 반응 중 하나를 사용합니다.
이 기술이 적용된 최초의 차량은 1994년 메르세데스-벤츠가 NECAR1(신형 전기차 1)을 기반으로 한 MB100을 선보였을 때 만들어졌다. 낮은 전력 출력(50킬로와트에 불과) 외에도 이 개념의 가장 큰 단점은 연료 전지가 밴 화물칸의 전체 부피를 차지한다는 것입니다.
또한 가연성 가압수소를 가득 채운 거대한 탱크를 선상에 설치해야 하는 점을 감안할 때 수동적인 안전의 관점에서 대량 생산을 위한 끔찍한 발상이었습니다.
그 후 10년 동안 기술이 발전했고 Mercedes의 최신 연료 전지 개념 중 하나는 115hp의 출력을 가졌습니다. (85kW) 및 급유 전 약 400km의 범위. 물론 미래의 연료 전지를 개발한 선구자가 독일인만 있는 것은 아닙니다. 일본의 두 회사인 Toyota와 . 가장 큰 자동차 회사 중 하나는 Honda였습니다. 발전소수소 연료 전지에. 미국에서 FCX Clarity의 임대 판매는 2008년 여름에 시작되었고, 조금 후에 자동차 판매가 일본으로 옮겨졌습니다. 
토요타는 미래형 자동차인 미라이(Mirai)를 통해 훨씬 더 발전했습니다. 미라이의 첨단 수소 연료 전지 시스템은 미래형 자동차에 단일 탱크에서 520km의 범위를 제공할 수 있으며 기존 연료와 마찬가지로 5분 이내에 연료를 재충전할 수 있습니다. 연료 소비 수치는 모든 회의론자를 놀라게 할 것이며 고전적인 발전소가있는 자동차의 경우에도 놀랍습니다. 자동차가 도시, 고속도로 또는 복합 사이클에서 사용되는지 여부에 관계없이 3.5 리터를 소비합니다.
8년이 지났습니다. Honda는 그 시간을 잘 활용했습니다. 2세대 Honda FCX Clarity가 현재 판매 중입니다. 연료 전지 스택은 첫 번째 모델보다 33% 더 콤팩트하며 전력 밀도는 60% 증가했습니다. Honda는 Clarity Fuel Cell의 연료 전지 및 통합 파워트레인이 V6 엔진과 크기가 비슷하여 5명의 승객과 수하물을 위한 충분한 내부 공간을 제공한다고 주장합니다.
예상 주행거리는 500km이며, 새 항목의 시작 가격은 $60,000로 고정되어야 합니다. 값비싼? 그에 비해 매우 저렴합니다. 2000년 초에 이러한 기술이 적용된 자동차의 가격은 $100,000였습니다.
