[소방기술사] 연료전지의 종류와 특성, 장단점

[소방기술사] 연료전지의 종류와 특성, 장단점

 

문제. 연료전지(Fuel Cell)의 종류와 각각의 특성 및 장단점을 설명하시오.

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1. 연료전지의 종류

구분	전해질	동작온도(℃)	용도
용융탄산염형 (MCFC)	탄산염	700	중대형 건물 (0.1~1MW)
고분자전해질형 (PEMFC)	이온교환막	100	가정,산업용 (1~10kW)
고체산화물형 (SOFC)	세라믹	1200	다용도 (0.001~1MW)
직접메탄올형 (DMFC)	이온교환막	100	소형 1kW
인산형 (PAFC)	인산염	250	중형 200kW
알칼리형 (AFC)	알칼리	120	우주발사체 전원

 

2. 연료전지의 특성, 장단점

1) 용융탄산염

특성	장점	단점
2세대 연료전지 열효율, 환경친화성 높음 모듈화 특성	설치공간 작음 촉매로 니켈 사용가능(경제성 높음) 석탄, 천연가스, 메탄올 등 다양한 연료 이용 가능	고온에서 부식성이 높은 재료를 사용 기술적 검증 미완료

2) 고분자전해질형

특성	장점
고분자막을 전해질로 사용 전류밀도가 큰 고출력 연료전지 비교적 저온에서 작동	빠른 시동, 우수한 응답특성, 우수한 내구성 메탄올, 천연가스 사용가능 응용범위 넓다 (편리한 이동성으로 자동차에 적용 가능)

3) 고체산화물형

특성	장점
3세대 연료전지 고체산화물(세라믹)을 전해질로 사용 가장 높은 온도에서 작동	구조가 간단 전해질 손실 및 부식문제 없음 귀금속 촉매 불필요 연료공급 용이 폐열을 활용한 복합발전 가능

4) 직접메탄올형

특성	장점	단점
메탄올로 연료 사용	연료 공급 용이	PEMFC에 비해 낮은 출력밀도

 

3. 연료전지 발전원리

1) 반응식

$ H_2 + \frac{1}{2}O_2 \to H_2O + E$ E: 에너지

- 수소와 산소가 반응하여 물과 에너지가 생성

 

2) 개략도

3) 메커니즘

1. 부생수소 및 개질수소 공급	부생수소: 화학공정에서 부산물로 생성되는 수소 개질수소: 개질기(Reformer)를 통해 화석연료에서 뽑아낸 수소
2. 백금촉매에 의해 수소가 전자와 수소이온으로 분리	전자는 별개의 회로를 타고 양극으로 이동 수소이온은 전해질을 통해 양극으로 이동
3. 외부에서 산소 공급	필터를 통해 순도가 높은 산소만 걸러냄
4. 양극에서 산소, 전자, 수소이온의 반응	$ H_2 + \frac{1}{2}O_2 \to H_2O + E$

4. 소방에의 활용

1) 전동기, 유도등, 제연설비 등의 예비전원

- ESS에 사용되는 리튬이온 배터리와 더불어 자가발전설비를 대체할 수 있는 에너지 저장장치

- 소방설비는 대부분 전기를 통해 작동되므로 예비전원으로서 역할이 탁월한 것으로 예상

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문제후기

소방과 딱히 관련이 없는 내용인 문제다. 하지만 내가 연료전지에 알고 있다면 충분히 풀어볼 만한 문제이다. 그만큼 남들과 차별성을 둘 수 있기 때문이다. 그리고 이런 소방과 관련없어 보이는 문제는 가능한 소방과 어떻게든 엮어야 한다. 왜냐하면 소방기술사 시험이기 때문이다. 소방과 관련없는 문제가 나와도 소방과 최대한 엮어 나의 생각을 써야 한다.