초록 ▼

?내부개질형 구성요소 생산기술 개발
고효율의 성능발현이 가능한 구성요소(전해질 함침형 공기극, 전해질 함침형 매트릭스 등)의 제조법과 수율이 높은 생산기술 확보
?스택의 구성품(분리판, 전류집전판, 매니폴드, 밀봉장치 등)의 독자설계 및 국산화기술 열유동해석을 통해 균일한 연료가스의 흐름을 유지하면서 전압과 전류밀도의 분포를 조정할 수 있는 구조를 갖는 분리판과 전류집전판을 설계 완료. 매니폴더와 밀봉장치는 열변형을 고려하여 스택과의 연동이 가능하면서 가스의 기밀성이 보장될 수 있도록 설계 제작함. 구성품의 조립하여 스택

?내부개질형 구성요소 생산기술 개발
고효율의 성능발현이 가능한 구성요소(전해질 함침형 공기극, 전해질 함침형 매트릭스 등)의 제조법과 수율이 높은 생산기술 확보
?스택의 구성품(분리판, 전류집전판, 매니폴드, 밀봉장치 등)의 독자설계 및 국산화기술 열유동해석을 통해 균일한 연료가스의 흐름을 유지하면서 전압과 전류밀도의 분포를 조정할 수 있는 구조를 갖는 분리판과 전류집전판을 설계 완료. 매니폴더와 밀봉장치는 열변형을 고려하여 스택과의 연동이 가능하면서 가스의 기밀성이 보장될 수 있도록 설계 제작함. 구성품의 조립하여 스택을 제작할 수 있는 기법을 표준화하고 각 구성품의 특성이 스택의 성능 및 수명에 미치는 영향성을 평가함.
?BOP 주기기(수증기 발생장치, 선개질기, 촉매연소기 등)의 독자설계 및 국산화 기술 스택의 출력과 다양한 운전조건을 수용하는 설계의 유연성이 확보된 독자설계 기술을 개발하고 구성기기의 국산화 제작 완료
?300kW 내부개질형 prototype MCFC 발전시스템의 설계, 제작 및 운전
25kW급 연구용 short stack과 300kW prototype 스택의 설계 제작하고 이를 평가운전하기 위한 평가장치의 설계 제작하였으며, 실증 운전을 통해 스택의 성능과 평가장치의 동특성을 파악하고 300kW prototype 발전시스템의 제작 및 운전을 수행함. 스택과 시스템의 동특성은 다양한 운전모드에서 평가하여 각 운전모드에서 운전방법을 표준화함.

목차 Contents

• 최종보고서 제출서 ...1
• 제출문 ...2
• <기술개발사업 최종보고서 초록> ...3
• <기술개발사업 주요 연구성과> ...9
• □ 구체적인 연구 성과 ...10
• 목차 ...31
• 제 1 장 서론 ...35
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ...35
• 1. 기술적 측면 ...36
• 가. 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) ...37
• 나. 알칼리 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC) ...38
• 다. 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell:PEMFC) ...39
• 라. 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) ...40
• 마. 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) ...40
• 바. 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) ...41
• 2. 산업.경제적 측면 ...45
• 3. 정책적 측면 ...46
• 제 2절 국내.외 관련기술의 현황 ...49
• 1. 국외기술현황 ...49
• 가. FCE(미국) ...51
• 나. MTU (독일) ...56
• 다. Ansaldo(이태리) ...59
• 라. IHI(일본) ...60
• 2. 국내현황 ...64
• 제 3절 기술개발 시 예상되는 기술적. 경제적 파급 효과 ...67
• 1. 기술적 측면 ...67
• 2. 산업.경제적 측면 ...67
• 3. 정책적 측면 ...67
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ...69
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ...69
• 1. 최종 목표 ...69
• 2. 연차별 개발기술의 평가방법 및 정량적 목표 ...70
• 가. 연차별 평가 착안점 및 기술 ...70
• 나. 정량적 목표 ...71
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ...72
• 1. 1차년도 ...72
• 가. 개발 목표 ...72
• 나. 개발내용 및 개발범위 ...72
• 2. 2차년도 ...81
• 가. 개발 목표 ...81
• 나. 개발내용 및 개발범위 ...81
• 3. 3차년도 ...87
• 가. 개발 목표 ...87
• 나. 개발내용 및 개발범위 ...87
• 제 3 장 연구결과 및 사업화 계획 ...90
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ...90
• 1. 구성요소 개발 및 제조 ...90
• 가. 구성요소 개발 ...90
• 나. 구성요소 단위전지 평가 ...136
• 다. 구성요소 제조 인프라 및 실험동 구축 ...162
• 2. 300kW Stack Module 기술 개발 ...177
• 가. Short Stack(1) 개발 ...177
• 나. Short Stack(2) 개발 ...211
• 다. SS(2B) 제작 ...244
• 라. 300kW 설계 ...246
• 3. 시스템 ...265
• 가. 내부개질형 300㎾ 스택 평가장치 개발 ...265
• 나. 내부개질형 300kW Prototype BOP 개발 ...306
• 다. 30kW 평가장치 개발 ...363
• 라. 계통연계 실증 연구 ...388
• 마. 시스템 동특성 해석 기술 개발 ...407
• 4. 운전 ...436
• 가. Short stack(I) 평가 ...436
• 나. Short stack(II) 평가 ...439
• 다. 300kW 스택 평가 ...455
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ...459
• 1. 기술개발팀 편성도 ...459
• 2. 추진 내역 - 에너지 기술 연구원 ...460
• 가. MCFC용 촉매연소기 개발 ...460
• 나. 내부개질용 촉매의 대량 합성 ...494
• 다. 내부개질 촉매의 성형 ...519
• 3. 추진실적 - 서울과학기술대학교 ...556
• 가. 발전용 연료전지 시스템의 구성 ...556
• 나. DC-DC 컨버터부 설계 ...566
• 다. DC-AC 인버터 ...581
• 라. 제안한 계통연계 제어기법 ...598
• 마. 축소 시작품 제작 및 실험 ...690
• 4. 추진실적 - KAIST ...719
• 가. 연구 목표 및 연구 내용 ...719
• 나. 유한요소 해석을 통한 센터플레이트(Center Plate)의 성형 정밀도 확보 방안 ...720
• 다. 쉴디드 슬롯 플레이트의 성형 공정 해석 ...742
• 라. 용융탄산염 연료전지의 구조 특성 분석 ...775
• 마. 신개념 금속 분리판 설계 ...836
• 5. 추진실적 - KIST ...849
• 가. Ni-Al-Cr 3성분계 연료극 ...849
• 나. 강화 매트릭스 ...877
• 다. 전해질 함침 공기극 ...911
• 6. 추진실적-인하대학교 ...943
• 가. 기초 이론 정립을 위한 단일 관에 대한 Boiling해석 ...943
• 나. 수증기 공급장치의 단일 관에 대한 boiling해석 ...947
• 다. 수증기 공급장치의 전체형상에 대한 boiling해석 ...952
• 라. Cathode gas flow path 부분의 형상 변화와 그에 따른 boiling 패턴 비교 ...956
• 마. 수증기 공급장치의 vapor volume fractiom 및 temperature 균일화 해석 ...958
• 7. 추진실적 - 서울대학교 ...964
• 가. 25 kW급 Anode Inlet Manifold 단순 유동 CFD 해석 ...964
• 나. 5백만개의 다면체 격자(Polyhedral Mesh)를 이용한 고온 혼합가스 유동 해석 ...976
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ...999