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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 고체고분자전해질 막에 있어서는 현 사점의 연료전지 소재로서 공급할 수 있는 성능과 제조기술을 보유한 척지 않은 기업이 존재하여, 새롭게 성능 향상, 가격 저감을 위한 연구개발이 진행되고 있다. 전극 촉매, 바이폴라판, MEA에 대해서도 각각 촉매량의 감소, 저가격의 바이폴라판 재료의 검토, 각종 MEA 제법의 확립 등을 목표로 각 기업이 개발을 수행하고 있다. 이들 연료전지스택 관련 소재는 연료전지의 성능과 가격에 큰 영향을 주기 때문에, 금후에도 한층 성능 향상과 가격 저감을 위한 신기술 개발이 요구되고 있다.
• 현재 그 변화나 발전 속도가 급격한 고분자 연료전지 기술에 있어 선진국과의 기술격차를 줄이고 나아가 경쟁성을 확보하기 위한 방향을 국내외 개발 현황 분석 및 전망을 통하여 제시하고자 한다.

가설 설정

• 또 독일의 연방정부 운수건설 주택성과 BMW 등의 주요 기업이 공동으로 차세대의 운수용 연료를 검토하는 작업, Transportation Energy Storage(TES)가 1998년부터 실시되고 있다. i)석유 대체에너지일 것 ii)연료 제조 공정에서 사용까지 공정 전체를 통해 2008년까지 20%의 CO2 의 저감을 기대할 수 있을 것 iii)내연기관과 연료전지의 양쪽에 사용할 수 있을 것 등의 3가지 관점에서 11종류의 연료와, 약 80종류의 생성, 처리, 수송에 관련된 공정의 평가를 수행하여, 2000년 1월 중간평가에 의해 수소를 제1 후보로 하고 제2, 제3후보로 메탄올과 천연가스로 하는 3종류로 선정하였다. TES로서는 더 이상의 대상을 줄이는 작업을 수행하지 않고, 늦어도 2003년을 목표로 EU 전체로서의 평 가검토를 실시하여, 차세대 운수용의 연료선택을 수행하고 있다.

제안 방법

• 또 독일의 연방정부 운수건설 주택성과 BMW 등의 주요 기업이 공동으로 차세대의 운수용 연료를 검토하는 작업, Transportation Energy Storage(TES)가 1998년부터 실시되고 있다. i)석유 대체에너지일 것 ii)연료 제조 공정에서 사용까지 공정 전체를 통해 2008년까지 20%의 CO2 의 저감을 기대할 수 있을 것 iii)내연기관과 연료전지의 양쪽에 사용할 수 있을 것 등의 3가지 관점에서 11종류의 연료와, 약 80종류의 생성, 처리, 수송에 관련된 공정의 평가를 수행하여, 2000년 1월 중간평가에 의해 수소를 제1 후보로 하고 제2, 제3후보로 메탄올과 천연가스로 하는 3종류로 선정하였다. TES로서는 더 이상의 대상을 줄이는 작업을 수행하지 않고, 늦어도 2003년을 목표로 EU 전체로서의 평 가검토를 실시하여, 차세대 운수용의 연료선택을 수행하고 있다.

대상 데이터

• 일본 가스협회는 1999년부터 NEDO 로부터 자금을 받아 "PEMFC의 고효율화 가격 저감을 위한 운전연구 진행하고 있으며, 이를 위해 3대의 Ikw급 가정용 연료전지코제너레이션 시스템을 설계제작하여 운전시험을 수행하였다. 3대의 연료전지는 각각 삼양전기 주식회사, 송하 전지산업주식회사, 그리고 송하전공 주식회사에서 제작된 것이다. 잎본 가스협회에서는 이 시스템의 운전을 통해 장래의 가정용 연료전지 코제너레이션 시스템의 실용화를 위하여 고효율화, 소형화, 가격 저감을 위한 검토를 수행하고 있다.
• 東京가스주식회사는 가정의 전력, 급탕, 난방 수요를 한번에 해결할 수 있는 소용량 가정용 연료전지코제너레이 션의 실용화를 위해 본격적인 연구개발을 수행하고 있다. 동경가스는 지금까지 제1세대라고 부르는 인산형 연료전지롤 이용한 코제너레이션 발전시스템의 개발 보급에 노력하여 공장, 호텔, 대규모 사무소 빌딩 등에 합계 36대, 5360kw를 도입하였다. 가정용코제너레이션 시스템은 인산형에서 실증된 연료전지 코제너레이션 기술을 바탕으로 소형 경량화가 용이하고 기동특성이 우수한 PEMFC를 위한 주변 장치를 독자적으로 개발하여 三洋 電機(Ikw) 및 지멘스 등의 연료전지와 조합하여 가정용 연료전지를 완성시켜 실증실험을 수행하고 있다.
• 대판가스에서는 가정용 연료전지를 위한 고효율, 소형 천연가스 개질장치를 1998년에 개발하였다. 이를 이용한 가정의 전력, 급탕, 난방을 공급할 수 있는 가정용 연료전지코 제너레이션 시스템의 실증 실험을 1999년 2월부터 시작하였다.가스에서는 1999년 12월 가정용 코제너레 이션 시스템의 실증 실험을 1999년 2월부터 시작하였다.
• General Electric(GE)에서는 Plug power와 제휴로 GE HomeGen 7000(그림4) 을 개발하여 실험과 평가를 수행하고 있다. 이미 140대가 제작되어 실험 중이다. 첫 번째 모델은 LPG 가스를 사용하며, 계통선 연계되어 운전되며 가격은 아직 정해지지 않았지만 $3, 000Aw 이하를 합리적인 가격으로 보고 있다.

성능/효과

• 또 독일의 연방정부 운수건설 주택성과 BMW 등의 주요 기업이 공동으로 차세대의 운수용 연료를 검토하는 작업, Transportation Energy Storage(TES)가 1998년부터 실시되고 있다. i)석유 대체에너지일 것 ii)연료 제조 공정에서 사용까지 공정 전체를 통해 2008년까지 20%의 CO2 의 저감을 기대할 수 있을 것 iii)내연기관과 연료전지의 양쪽에 사용할 수 있을 것 등의 3가지 관점에서 11종류의 연료와, 약 80종류의 생성, 처리, 수송에 관련된 공정의 평가를 수행하여, 2000년 1월 중간평가에 의해 수소를 제1 후보로 하고 제2, 제3후보로 메탄올과 천연가스로 하는 3종류로 선정하였다. TES로서는 더 이상의 대상을 줄이는 작업을 수행하지 않고, 늦어도 2003년을 목표로 EU 전체로서의 평 가검토를 실시하여, 차세대 운수용의 연료선택을 수행하고 있다.
• 연비는 가솔린으로 환산하여 도심에서 약 251km/liter 그리고 고속도로 에서는 35 km/liter로 중형차로서는 기존 내연기관 자동차에 비해 2배 이상의 성능을 보이고 있다. 시동과 가속성능도 기존 자동차에 비해 우수한 것을 알 수 있다.

후속연구

• 시스템 전체로서는 장시간의 운전에 견디는 것에 내구성과 오염된 외기 상태 등 통상적인 환경하에서 신뢰성을 확보하는 것이 과제이다. 또한 PEMFC는 장시간 운전에 따라 성능이 저하되므로 , 상품으로 시장에 내놓기 전에 이들 신뢰성과 내구성의 검증이 필요하다. 이외에 한랭지에서 개질을 시작할 때 시동성이 중요하며, 막의 습도 유지를 위해 공급되는 순수한 물과, 발전에 의해 발생하는 물이 동결되지 않게끔 시스템을 개발하는 것이 필요하며 시스템 전체로서는 부하 추종성을 확보하는 것이 필요하다.
• 소형 연료전지 분야에서 유명한 미국의 H Power사는 1995년 랩탑용 컴퓨터. 케이스에 내장할 수 있을 만큼의 초소형 40W급 고분자연료 전지를 개발했으며, 계속해서 portable 고분자연료전지 연구개발에서 앞서 나가고 있다. 1996년에는 도로 표식용 고분자 연료전지를 개발하였고, 1998년에는 출력 IkW 이하의 초소형 제품의 생산을 개시하고 있으며, 전문가용 비디오카메라 등에 응용 가능한 수준까지 기술이와 았다.

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