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[국내논문] 천연가스 개질기와 연계한 연료전지시스템의 운전특성
Operating Characteristics on Coupling of Fuel-Cell System with Natural Gas Reformer 원문보기

전기학회논문지. The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. P, v.58 no.4, 2009년, pp.639 - 643  

박세준 (동신대 공대 전기공학과) ,  최용성 (동신대 공대 전기공학과) ,  황종선 (전남도립대 신재생에너지전기과) ,  이경섭 (동신대 공대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A reformer, which produces hydrogen from natural gas, plays a major role for producing quality hydrogen to fuel-cell system. In this paper, fuel processor is designed to deliver hydrogen(75%) from the reformer to 200W fuel-cell system, and the electrical output power of the fuel-cells is examined by...

주제어

#Natural Gas Reformer   #Steam Methane Reforming   #Fuel-Cell System   #Polarization Curve   #Reformed Hydrogen  

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  • 기질가스가 연료전지의 성능에 영향을 미치는 이유는 1) 수소 함유량이 낮으면 전위가 손실되고, 2) CO는 촉매를 피독시키며, 3) 암모니아와 황화수소 등의 성분은 아주 낮은 농도에서도 촉매와 전해질막에 독성작용이 있기 때문이다. 특히 CO는 아주 낮은 농도에서도 심각한 영향을 미치는데, 100℃이하의 낮은 온도에서는 Pt의 CO 친화력이 수소보다 높으므로, CO 농도가 100 PPM 이하이더라도 촉매 활성부분의 대부분을 CO가 차지하게 되어, 실질적 전류 발생 능력이 거의 없어진다[8-10].
  • 연료전지에 반응 기체를 공급하면서도 전기 회로가 차단되어 있으면 전류가 발생하지 않을 것이며, 주어진 조건(반응물의 온도, 압력, 농도)에서의 전기 전위는 이론 전지 전위와 같거나 이론에 가까울 것으로 예상할 것이다. 그러나 실제로 이 개회로(open circuit)전위는 이론 전위보다 아주 낮으며, 대개 1V 미만이다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연료전지의 장점은? 수소를 에너지원으로 사용하는 여러 가지의 응용분야 중 연료전지는 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로, 낮은 환경오염, 높은 효율, 연료의 다양성(천연가스, LPG, 메탄올, 나프탈렌 등), 모듈화의 용이성[1] 등의 많은 장점을 가지고 있다. 태양광 및 풍력 등으로 대표되는 대체에너지자원은 일사량, 온도, 바람의 밀도 등의 시간적, 지형적 제약이 존재하는 반면, 연료전지는 연료가 공급되는 한 계속적으로 전기를 생산해 낼 수 있어 독립적인 발전이 가능하고, 출력의 변동이 적어 고품질의 분산전원으로 미래에너지 자원의 한 축이 되리라 여겨진다.
연료전지란 어떤 장치인가? 수소를 에너지원으로 사용하는 여러 가지의 응용분야 중 연료전지는 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로, 낮은 환경오염, 높은 효율, 연료의 다양성(천연가스, LPG, 메탄올, 나프탈렌 등), 모듈화의 용이성[1] 등의 많은 장점을 가지고 있다. 태양광 및 풍력 등으로 대표되는 대체에너지자원은 일사량, 온도, 바람의 밀도 등의 시간적, 지형적 제약이 존재하는 반면, 연료전지는 연료가 공급되는 한 계속적으로 전기를 생산해 낼 수 있어 독립적인 발전이 가능하고, 출력의 변동이 적어 고품질의 분산전원으로 미래에너지 자원의 한 축이 되리라 여겨진다.
수소 생산방식 중 현재 가장 큰 부분을 차지하고 있는 것은? 사실 가장 이상적인 수소 생산방식은 물을 전기분해하는 것이지만 에너지 비용이 화석에너지를 이용하는 방식과 비교하여 약 5배 정도 비싸기 때문에 일본 등의 연료전지분야 선진국에서도 천연가스나 나프타 등의 탄화수소로부터 수소를 생산하는 방식을 채택하고 있다. 특히 수증기메탄개질(steam methane reforming)기술 분야는 현재 수소생산의 가장 큰 부분을 차지하고 있으며, 대용량 리포머는 100,000Nm3/h에 이른다. 설비비 측면에서도 많은 부문을 점하고 있고, 수소제조의 코스트 저감, 에너지 효율 향상의 키를 쥐고 있는 분야이기도 하다[2-7].
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참고문헌 (13)

  1. 문현욱 외 2인, "연료 전지 시스템의 전압왜란 개선", 대한전기학회논문지:전기기기및에너지변환시스템부문B, Vol. 54, No. 5, pp.245-252 (2005) 

    원문보기 상세보기

  2. Yu Taek Seo et al., "Design of an integrated fuel processor for residential PEMFCs applications", Journal of Power Sources, Vol. 160, No. 1, pp. 505-509 (2006) 

    상세보기 crossref

  3. Atilla Ersoz et al., "Reforming options for hydrogen production from fossil fuels for PEM fuel cells", Journal of Power Sources, Vol. 154, No. 1, pp. 67-73 (2006) 

    상세보기 crossref

  4. J. Mathiak et al., "Coupling of a 2.5 kW steam reformer with a 1kWel PEM fuel cell", Journal of Power Sources, Vol. 131, No. 1-2, pp. 112-119 (2004) 

    상세보기 crossref

  5. Cecilia Wallmark et al., "Integration of the components in a small-scale stationary research PEFC system", Journal of power sources, Vol. 159, No. 1, pp. 613-625(2006) 

    상세보기 crossref

  6. D. Dalle Nogare et al., "A thermodynamic analysis of natural gas reforming processes for fuel cell application", Chemical Engineering Science, Vol. 62, No. 18-20, pp. 5418-5424 (2007) 

    상세보기 crossref

  7. F. Cipiti et al., "Experimental analysis of a 2 kWe LPG-based fuel processor for polymer electrolyte fuel cells", Journal of Power Sources, Vol. 157, No. 2, pp. 914-920 (2006) 

    상세보기 crossref

  8. Frano Barbir, PEM Fuel Cells-Theory and Practice, Elsevier Inc., pp. 35-71 (2005) 

  9. 조영일 역, 고분자 연료전지공학 이론과 실제, 북스힐, pp. 145-196 (2007) 

  10. 김종수 외 3인, "PCS 최적설계를 위한 고분자 전해질 연료전지의 동특성 모델링", 전기학회논문지, Vol. 57, No. 9, pp. 1563-1571 (2008) 

    원문보기 상세보기

  11. M.G. Santarelli, M.F. Torchio, P. Cochis, "Parameters estimation of a PEM fuel cell polarization curve and analysis of their behavior with temperature", Journal of Power Sources, Vol. 159, No. 2, pp. 824-835 (2006) 

    상세보기 crossref

  12. James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell System Explained, WILEY, pp. 10-58 (2003) 

  13. Ralph, T. R. et al., "Catalysis for Low Temperature Fuel Cells", Platimum Metal Review, Vol. 46, No. 3, pp. 117-135 (2002) 

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