머리말 | 4
1장 동작 원리와 종류
1. 연료전지란 무엇인가 | 13
2. 개발의 역사 | 16
3. 연료전지의 종류 | 26
4. 연료전지 셀의 동작 원리 | 29
2장 수소의 물성과 생산 · 생성 기술
1. 수소의 발견과 이용의 역사 | 37
(1 수소의 발견 | 37
(2 힌덴부르크호의 화재 사고 | 38
(3 석유를 이용한 수소 생성 | 40
(4 화학공업의 발전과 수소 | 41
(5 수소와 근대 물리학의 탄생 | 42
2. 수소의 특성 | 43
(1 원자 및 분자 구조의 모델화 | 43
(2 수소의 물성 | 45
3. 수소 연료의 생성 | 49
(1 수소 생성 구조와 에너지 사회의 구상 | 49
(2 탈황 프로세스 | 51
(3 수증기 개질 | 52
(4 시프트 반응 | 53
4. 수소 생성 기술 | 54
(1 선택 산화 반응에 의한 CO 제거 | 55
(2 흡착법 | 56
(3 막분리법 | 58
(4 부분 산화 개질 | 62
(5 오토더말 개질 | 63
3장 셀 동작의 열역학
1. 깁스의 자유에너지와 엔탈피 | 67
2. 이론 기전력과 네른스트 식 | 70
3. 이상(理想 열효율 | 74
4장 연료전지의 특징
1. 셀과 스택 | 79
2. 연료전지의 특징 | 80
(1 높은 이상(理想 열효율 | 80
(2 현실의 열효율 | 80
(3 코제너레이션 | 81
(4 환경 적응성 | 82
(5 스케일 메리트 | 83
(6 부분 부하에서의 발전 효율 | 84
(7 이용 가능한 연료의 다양성 | 85
3. 기술적인 문제점 | 85
5장 고체 고분자형 연료전지
1. 총론 | 91
(1 개발의 역사 | 91
(2 PEFC의 동작 원리와 특징 | 92
2. 단(單 셀의 구성 | 93
3. MEA 및 세퍼레이터의 특성 | 95
(1 전해질막의 구조와 특징 | 95
(2 전해질막의 제조법 | 97
(3 전극 촉매 | 99
(4 가스 확산층 | 102
(5
책 속에서
‘전지(電池’라는 이름이 붙어서 그런지 일반인들은 연료전지를 전기를 저장하기 위한 새로운 장치의 일종이라고 예단하는 경우가 많다. 그러나 연료전지는 전기를 저장하는 장치가 아니다. 그보다는 일종의 발전기라고 하는 것이 적절하다. 즉, 자동차 등에 사용되는 축전지보다는 디젤 발전기나 (비록 규모는 작지만 화력발전소에 가까운 것이다.
디젤 발전기나 화력발전소는 석유나 천연가스 같은 화석연료에서 전기를 얻어내기 위한 기계 또는 시스템이다. 에너지 과학의 용어로 표현하면 화석연료가 가진 화학에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 장치라고 할 수 있다.
다만 디젤 발전기나 화력발전 설비는 연료를 연소시켜 열을 발생한 다음 그 열로 기계를 가동하여 발전기를 돌려 전기를 만들어 낸다. (중략 이와 같은 재래식 발전과 비교하면 연료전지는 전기 화학 반응에 의해 거시적으로는 화학에너지로부터 직접 전기를 생산한다.
물속에 한 쌍의 전극을 담그고, 그 사이에 전압을 가하면 양(+극에서는 산소가 발생하고 음(-극에서는 수소가 발생한다. 이것이 학창 시절에 배운 물의 전기분해 원리인데, 연료전지는 전체적으로 이와 정반대인 반응이라고 생각하면 된다.
즉, 수소와 산소(공기로부터 전기를 발생시키는 것이 연료전지다. 다만 수소는 지구상에 홀로 존재하지 않으므로 보통 화석연료를 고온에서 촉매를 사용해 화학 반응시켜 반응에 필요한 수소를 만들어 낸다.이를 연료전지 세계에서는 ‘개질(改質 과정’이라고 한다.
천연가스 등 화석연료를 개질하여 수소를 생성하는 과정에서 수소와 동시에 필연적으로 탄산가스가 배출된다.
그러나 수소는 전기분해에 의해서도 생성할 수 있으므로 태양광이나 풍력, 수력발전 같은 자연에너지로 생산된 전력을 이용하면 탄산가스를 전혀 배출하지 않고 수소를 생성할 수 있다. 핵에너지를 통한 수소 생산 또한 중요한 연구 과제이다._13~15쪽
수소 이용의 역사에는 흥미로운 일화가 많이 숨어 있다. 그중에는 비행선 힌덴부르크(Hin
