KWC 수소 리포트

#23 우리 생활 속 다양한 배터리

  안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 미래의 배터리 개발 전망에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 실생활 속에 활용되고 있는 다양한 배터리에 대하여 알아보겠습니다.​​1. 우리 생활 속 다양한 배터리  노트북 컴퓨터와 이동통신 단말기, 캠코더, 카메라 등의 휴대용 전자기기에서 대형기기에 이르기까지 다양한 응용 분야와 대량의 수요가 예상되는 2차 전지는앞으로 그 활용 분야의 범위가 더욱 넓어질 것으로 예상되는데요, 오늘은 이에 따른 다양한 실생활 속의 2차 전지 활용을 소개해드리겠습니다.   (1) 소형 배터리  소형 배터리는 외관에 따라 원통형, 각형, 폴리머(파우치)형 배터리의 3가지로 나뉩니다. ​ 소형 배터리 종류와 특징, 용도출처. https://www.heybrandonkim.com​ 원통형 배터리는 그 형태를 따서 원통형 배터리로 불리는데요. 고용량, 고에너지의 배터리입니다. 배터리의 출력을 크게 높일 수 있어, 전력이 많이 필요한 제품에는 주로 원통형 배터리가 들어갑니다.   예를 들어, 전동공구와 같이 순간적으로 큰 힘을 내야 하는 제품에는 고출력의 원통형 배터리를 사용합니다.원통형 배터리는 이 외에도 전기자동차, 전기자전거, 전기스쿠터, 로봇청소기 등에 이용됩니다. 즉, 순간적으로 큰 힘이 필요한 제품 및 분야에 많이 이용되고 있습니다.        원통형배터리를 주로 사용하는 전동공구출처. http://www.sdistory.net/lithium-ion-battery/​​최초의 리튬이온 배터리는 원통형 배터리였으나 점차 소형화되는 휴대폰 디자인엔 어울리지 않았습니다. 결국 더 얇게 만들 수 있는 각형 배터리가 등장합니다. 게다가 당시에는 배터리를 교환할 수 있는 휴대폰이 인기였는데 이를 효율적으로 구현할 수 있는 것이 바로 각형 배터리였습니다. 그래서 휴대폰 배터리는 각형 배터리라는 인식이 생겼습니다.     각형 배터리출처. http://www.sdistory.net/lithium-ion-battery/ 각형 배터리의 인기는 휴대폰에만 머무르지 않았습니다. 배터리 기술이 더욱 발전하면서슬림 노트북에도 채용이 되면서 인기를 누렸습니다. 하지만 스마트폰이 등장하면서 디자인 자유도가 높은 폴리머 배터리가 대세가 되면서 각형 배터리가 주춤하고 있는 상황입니다.  점점 더 얇고 가벼운 IT 기기가 인기가 많아지는 요즘, 폴리머 배터리의 활용 분야도 점점 넓어지고 있습니다.폴리머 배터리의 가장 큰 특징은 바로 전지를 둘러싸고 있는 외관이 얇다는 것입니다.   외관에 금속을 사용하는 원통형, 각형 배터리와 전혀 다른 점이기도 한데요. 연성(늘어지게 하는 성질)이 있는 파우치로 전지를 둘러싸기 때문에 얇으면서도 넓은 배터리를 만드는 것이 가능하죠.  모양을 자유자재로 만들 수 있을 뿐 아니라 고에너지 밀도의 특징을 가지고 있고, 원통형이나 각형 배터리에 비해 제조공정이 비교적 간단해 대량생산에 쉽다는 장점이 있습니다.      폴리머 배터리출처. http://www.sdistory.net/lithium-ion-battery/​폴리머 배터리는 휴대폰, 태블릿PC, 노트북, 디지털카메라 등 소형 IT 기기에 주로 사용되고, 점차 활용 분야가 넓어져 전기자동차에도 탑재되는 것을 볼 수 있습니다. 또한, 블루투스 헤드폰, 스마트 워치, 스마트 밴드 등 웨어러블 기기 시장이 성장함에 따라 폴리머 배터리 시장 역시 꾸준히 성장할 것으로 예상됩니다. (2) 중대형 배터리​ 2차 전지의 활용범위는 휴대폰, 노트북 등 소형 IT기기 중심에서 전기차, ESS(에너지 저장장치) 등으로 확대되고 있습니다. 중형 배터리는 전기자동차에 활용되며, 대형 배터리는 ESS에 활용하고 있습니다. 전기자동차에서 배터리는 차량의 속도와 주행거리를 결정하는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.더 빠르고, 오래 달리기 위해 전기자동차용 중형 배터리는 고용량, 고출력의 배터리를 사용하고 있습니다. 요구하는 에너지가 많기 때문에 단일 셀로써 활용하기보다는 모듈과 팩 형태로 구성되어 활용되고 있습니다.​​  중대형 배터리출처. http://www.sdistory.net/samsung-sdi-battery-introduction/​​대형 배터리는 ESS(에너지 저장장치)용 배터리를 의미하는데요, ESS는 신재생에너지를 활용하여 전기에너지를 저장하거나 전력품질 향상, 전력이 불안정한 도서 및 농어촌 지역이나 캠핑 등의 상황에서저장했던 전기를 활용할 수 있는 장치입니다.이러한 ESS용 대형 배터리는 고출력, 안정성, 장수명의 특징을 필요로 합니다.     참고문헌. [네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)https://ko.wikipedia.orghttps://newsis.com/view.html?ar_id=NISX20190531_0000668351http://www.sdistory.nethttps://blog.lgchem.comhttps://web.archive.orghttp://www.sdistory.net/lithium-ion-battery/​​​오늘은 실생활 속에 활용되고 있는 다양한 배터리에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 태양전지에 대해 소개해드리겠습니다.        #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션  

2020.09.22

#22 배터리 개발의 전망

    안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 현재의 배터리 개발 현황에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 미래의 배터리 개발 전망에 대하여 알아보겠습니다.   1. 배터리 개발의 전망  노트북 컴퓨터와 이동통신 단말기, 캠코더, 카메라 등의 휴대용 전자기기에서 대형기기에 이르기까지 다양한 응용분야와 대량의 수요가 예상되는 2차 전지는반도체, 디스플레이와 더불어 21세기 3대 부품산업으로 급성장하고 있습니다.  앞으로 2차 전지는 그 활용이 더욱 커질 것으로 예상되는데요, 자동차 배터리 시장이 성장하고, 전기자전거, 로봇청소기, 전동공구와 같은 Power application 제품에서도 리튬이온 배터리의 수요가 성장하고 있습니다.   IT 부문에서도 사물인터넷(IoT) 기반 기술의 고도화에 따른 인공지능 기술이 상용화되고 스마트홈의 Hub device로서 스마트폰의 중요도도 더욱 증대될 것으로 전망됨에 따라 2차 전지의 활용도 늘어날 것입니다.   (1) 소형 전자기기  소형 배터리 시장은 ‘코드리스(codeless)’ 시대와 맞물리면서 급성장하고 있습니다. 삼성 SDI와 글로벌 시장조사업체 B3에 따르면, 2018년 소형 배터리 시장은 80억 개 규모로 전년에 비해 약 18% 성장했습니다.  ​  소형배터리시장현황출처. https://mobile.newsis.com​​소형 배터리는 2000년대 휴대폰 및 노트북의 폭발적인 성장세를 바탕으로, 2002년 9억 개에서 2008년 31억 개로 연평균 성장률 24%를 기록했습니다.   이후 매년 안정적인 성장세를 보여 오다가원통형 배터리 수요의 증가로 2017년부터 다시 주목받고 있습니다.   소형 배터리는 외관에 따라 원통형, 각형, 파우치형 배터리의 3가지 형태로 나뉩니다.   근거리 주행이 가능한 소형 이동수단인 ‘마이크로 모빌리티’가 주목받으며 원통형 배터리가 주로 탑재된 전기자전거, 전기스쿠터, 전동식 킥보드 등의 수요가 늘었습니다.   또한, 전동 공구, 정원 공구 및 청소기와 같은 소형 가전제품들도 사용자 편의와 휴대성이 강화된 ‘코드리스’에 포커스를 맞춘 제품들이 대거 출시되며원통형 배터리의 사용은 앞으로 더욱 확대될 전망입니다.  중저가 스마트폰, 노트북에 파우치형 배터리의 채용이더욱 확대될 것으로 예상되는 가운데, 웨어러블 기기도 지속적으로 성장하여 파우치형 배터리 시장도 성장세를 유지할 것으로 보입니다.    (2) 차량용 배터리  2차 전지 시장은 휴대폰, 노트북 등 소형 IT기기 중심에서 전기차, 에너지 저장장치 등으로 확대되고 있습니다.   차량용 배터리의 경우, 전기차 및 하이브리드차에 리튬이온 배터리가 사용되는데, 친환경 에너지 자동차의 수요가 늘어나면서 리튬이온 배터리의 수요도 함께 늘어나고 있습니다.     전기차 보급현황 및 전망출처. 정부 2019년 2월 기준 친환경차보급로드맵      전세계 리튬이차전지(LiB) 수요 전망출처. SNE Research  ​​참고문헌. [네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)https://ko.wikipedia.orghttps://newsis.com/view.html?ar_id=NISX20190531_0000668351http://www.sdistory.nethttps://blog.lgchem.comhttps://web.archive.org경남일보(http://www.gnnews.co.kr)​​​오늘은 배터리 개발의 전망에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 실생활 속에 활용되고 있는 다양한 배터리에 대해 소개해드리겠습니다.       ​ #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션      

2020.09.11

#21 배터리 개발의 현재

   안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 배터리 개발의 역사에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 현재의 배터리 개발에 대하여 알아보겠습니다.​​1. 배터리 개발의 현재  인류의 생활에 전자기기의 사용이 일상화되면서 배터리는 전기를 활용하는 가장 효과적인 장치가 되었습니다.   노트북과 스마트폰이 작고 얇아진 것은 용량은 크지만 작고 가벼운 리튬이온 전지로 바뀐 것이 가장 큰 요인입니다. 하지만 리튬이온 전지는 사용한 지 1년이 넘으면 효율이 급격히 떨어지고, 온도 변화가 심하면 쉽게 방전되며, 충격에도 약해서 갑작스런 압력에도 전지가 변형되면서 내부 온도가 상승해 폭발할 수 있는 단점을 가지고 있습니다.      리튬이온 전지의 원리출처. https://blog.lgcns.com   이런 단점을 개선하기 위하여 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 1분이면 130mAh/g의 용량을 완전히 충전하는 초고속 충전이 가능한 나트륨 기반 리튬이온 전지 음극 소재를 개발했습니다.   15분이면 지금 사용 중인 대부분의 스마트폰을 충전할 수 있고, 충·방전 1만 번을 진행해도 용량 손실이 없어 스마트폰을 하루에 두 번 충전해도 10년동안 무리 없이 사용할 수 있어 내구성도 뛰어납니다.  ​  황화구리 내 나트륨 충방전 횟수별 저장 용량출처. https://news.kaist.ac.kr​또 미국의 24M이라는 벤처기업에서는 신소재를 액체 전해질에 섞은 고효율의 전극을 개발하여 같은 크기의 리튬이온 전지에 비해 15~25% 많은 용량을 가진 제품을 개발했습니다. 현재 ㎾당 200달러~250달러 수준인 리튬이온 전지의 시장 가격을 100달러까지 낮춰서 전기자동차가 내연기관차에 우위를 가질 수 있도록 했습니다.   미국 매사추세츠 케임브리지 24M테크놀로지 본사에 위치한 배터리연구실 모습.출처. https://www.mk.co.kr​많은 글로벌 기업들이 리튬전지를 대체할 차세대 전지 개발에 주력하고 있습니다.   차세대 전지 개발의 핵심은 저장 용량의 증대, 충전 수명 연장, 소형화, 그리고 안전입니다.   1988년 전지 강국이었던 캐나다의 Moli Energy가 만든 리튬 2차 전지를 장착한 휴대전화에서 화재가 발생한 이후, 세계의 배터리 시장은 일본의 전자회사들이 주도하게 되었습니다.삼성전자의 휴대폰도 배터리에서 불이 나서 전량 폐기하는 일이 있었을 정도로 안전성이 중요하게 대두되고 있습니다.   지금 세계는 자동차 시장에서 내연기관이 전기나 수소전지를 사용하는 쪽으로 대변혁이 예고되고 있습니다. 전기차 배터리가 전기차의 핵심 부품으로서 안전과 직결되는 부품인 만큼 개발 역시 가속화되고 있습니다. ​  전기차 보급률과 전기차 배터리 시장규모출처. https://jmagazine.joins.com​글로벌 전기차 배터리 시장이 본격적으로 성장할 것이라는 전망에 따라 전기차 리튬이온 배터리를 구성하는 4대 소재인 양극재, 음극재, 전해액, 및 분리막과 같은 관련 부품과 소재도 주목받고 있습니다.  신사업으로 4대 소재를 육성해오던 국내 주요 그룹사들은 최근 투자와 인수합병, 증설을 통해 이들 소재 사업을 강화하고 있습니다.   주요 전지 제작 기업들은 기술 개발을 위한 글로벌 컨소시엄을 결성하고 있으며, 자동차 업계는 수소연료 전지에 주목하고 있습니다.    참고문헌. [네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)https://ko.wikipedia.orghttps://www.devicemart.co.krhttp://www.sdistory.nethttps://blog.lgchem.comhttps://web.archive.org경남일보(http://www.gnnews.co.kr)​  ​오늘은 배터리 개발의 현재에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 배터리 개발의 전망에 대해 소개해드리겠습니다. ​  We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​    ​​#수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지  #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션 ​   ​    

2020.09.07

#20 배터리 개발의 역사

     안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 배터리의 종류와 특성에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 배터리 개발의 역사에 대하여 알아보겠습니다.   1. 1차 전지의 개발​ 1차 전지는 캔 속의 용량이 다 소진되면 버리는 전지로 AA, AAA 등의 표준화된 사이즈로 되어 있으며 마트 등에서 쉽게 구입할 수 있습니다.  최초의 건전지는 1866년 프랑스에서 개발됐습니다. 음극에는 아연이 쓰였고, 양극은 이산화망간이 쓰였습니다.    최초의 건전지를 발명한 Georges Leclanché출처. https://en.wikipedia.org       프랑스의 Georges Leclanché에 의해 발명된 최초의 건전지출처. https://en.wikipedia.org​  현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬 전지는 1970년대 일본 산요(SANYO)사에서 개발했습니다. 당시 개발된 리튬 전지는 1차 전지로 양극은 이산화망간이 사용됐고, 음극은 리튬이 사용됐으며, 전압은 3V였습니다. 리튬은 은백색의 금속으로, 만지면 손가락의 물기에 의하여 검게 탈 정도로 수분에 민감합니다. 리튬 1차 전지는 자동 카메라의 전원으로 사용되면서 세계적인 히트 상품이 됐습니다.   산요사의 성공에 자극을 받은 파나소닉사는 양극에 이산화망간 대신 불소 화합물을 사용한 리튬 1차 전지를 개발하면서 산요사와 경쟁했습니다.   북미, 유럽에 비하여 전지 후진국이었던 일본은 리튬 1차 전지의 개발을 계기로 세계적인 경쟁력을 확보하면서 성장하게 됩니다.​​   Ray-o-vac에서 출시한 전지의 모습출처. Dean Johnson, flickr.com ​미국의 전지회사 Ray-o-vac에서는 20회 정도 충전 가능한 알칼리-망간 전지인 ‘알카바’를 개발했습니다. 1.5차 전지 격인 알카바는 1차 전지와 2차 전지 시장을 모두 공략할 수 있을 것으로 기대를 모았으나 시장에서의 반응은 냉담했고 결국 어디에도 낄 수 없는 전지가 되어 시장에서 퇴출되었습니다.   2. 2차 전지의 개발  2차 전지는 충전으로 재사용이 가능한 전지입니다. 충전으로 재사용이 가능한 2차 전지는 보통 충전 용량이 초기의 80%가 되었을 때를 수명이 다 된 것으로 정의합니다.   휴대폰에 사용되는 전지의 경우는 수명이 500회 수준입니다. 하지만 수명이 다 되었다고 해도 80%의 용량이 남아있어 휴대폰 사용에는 큰 지장이 없습니다.  최초의 2차 전지인 납축 전지는 건전지가 발명되기 7년 전인 1859년 프랑스에서 발명됐습니다. 납축 전지는 음극에 납, 양극에 산화납을 사용한 전지로 전해액은 황산 수용액입니다. 평균 전압은 2V로 물의 전기분해 전압인 1.34V보다 높지만 운동장벽으로 인하여 전해액이 분해되지는 않습니다.  납축 전지가 발명된 지 거의 160년이 지난 지금까지 널리 사용되고 있는 것은 가격 대비 성능이 뛰어나기 때문입니다.​      프랑스의 전기학자 플랑테(Gaston Planté)출처. https://en.wikipedia.org    프랑스의 플랑테에 의해 발명된 최초의 납축전지출처. https://web.archive.org​ 1800년대 후반에 들어서면서 전신, 기차 등에 납축 전지보다 우수한 2차 전지의 필요성이 증대되면서 1899년 스웨덴에서 니카드 전지가 태어났습니다. 스웨덴처럼 추운 나라는 전통적으로 전기 화학이 강한데, 금속 표면에 전기 도금을 해야 오래 사용할 수 있기 때문입니다.   니카드 전지와 경쟁자로 등장한 것이 미국의 발명왕 에디슨이 개발한 니켈-철 전지입니다.    에디슨이 개발한 니켈-철 전지의 모습출처. wikipedia.org​​1960년대에 일본의 산요사가 휴대용 전자기기에 사용할 수 있는 밀폐형 소형 니카드 전지를 개발했습니다.   밀폐형 니카드 전지의 핵심 기술은 과충전 시 양극에서 발생하는 산소 가스가 음극에서 흡수되어 과충전에 의한 가스 발생을 막는 것으로 “산소 재결합 메커니즘(Oxygen Recombination Mechanism)”이라고 합니다.   이 전지의 개발로 2차 전지의 시장이 자동차와 산업용에서 휴대용 전자기기로 영역이 넓혀지면서 건전지 시장을 잠식했을 뿐만 아니라 휴대용 전자기기 시장 활성화에 크게 기여하게 됩니다.      ​ 참고문헌. [네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)https://ko.wikipedia.orghttps://www.devicemart.co.krhttp://www.sdistory.nethttps://blog.lgchem.com https://web.archive.org ​   오늘은 배터리 개발의 역사에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 배터리 개발의 현재에 대해 소개해드리겠습니다.​  ​      ​We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​#수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션  ​  

2020.08.31

#19 배터리의 종류와 특성

     안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 배터리의 일반적인 정의에 관하여 알아보았는데요.​배터리는 일상생활에서 많은 도움과 편리함을 주고 있습니다. 특히 요즘 많이 사용하는 스마트폰, 태블릿PC에 장착된 배터리가 대표적인데요, 그 외 시계, 리모컨, 무선 제품에 사용하는일명 건전지라고 많이 부르는 배터리의 종류와 그 특징에 대하여 알아보겠습니다. ​ 1. 배터리의 종류와 특성​앞 시간에서 알아봤듯이 배터리는 재충전 여부에 따라1차 전지와 2차 전지로 나눌 수 있습니다. 1차 전지는 일반 가정에서 사용하는 건전지처럼한번 쓰고 나면 다시 충전해서 쓸 수 없는 전지를 의미하며, 2차 전지는 다시 충전해서 사용할 수 있는 충전지를 의미합니다. 1차 전지에는 알칼리 전지, 건전지, 수은 전지, 리튬 전지 등이 있으며, 2차 전지에는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지(NiMH battery), 리튬이온 이차 전지(Li Ion Secondary Batteries), 리튬이온폴리머 이차 전지(Li Ion Polymer Secondary Batteries) 등이 있습니다.​​ (1) 1차 전지: 한 번 방전되면 충전해서 사용할 수 없는 배터리  대표적인 1차 전지에는 망간 전지와 알칼라인 전지가 있습니다.  망간 전지는 염화아연/암모늄, 알카라인 전지는 수산화칼륨을 전해액으로 사용합니다.  망간 전지는 수명이 짧고 자연 방전률이 매우 높아서 가격이 저렴하다고 한꺼번에 많이 사두는 것은 바람직하지 않습니다. 한편 알카라인 전지의 경우 자연 방전률이 낮고 수명이 긴 대신 전해액이 강알칼리성이라 망간전지에 비해 위험성이 높습니다.따라서 망간 전지는 소모전류가 적으면서 오랜시간 사용하는 탁상시계, 리모컨, 인터폰 등에 적합하며,알칼라인 전지는 망간 전지에 비해 소모전류가 많은 카메라, 게임기, 장난감 등 에너지 소모가 많은 제품에 적합합니다. ​     망간전지와 알칼라인전지 비교출처. https://www.devicemart.co.kr​​(2) 2차 전지: 방전된 후에도 충전을 통해서 다시 사용할 수 있는 배터리  대표적인 2차 전지에는 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온 배터리(Lithium ion battery) 등이 있습니다.  니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지는 니켈과 카드뮴을 사용한 2차 전지로, 다른 전지에 비해 전압은 낮으나 저항이 작아서 큰 전류를 필요로 하는 제품에 주로 쓰입니다.전지 자체로 메모리 효과가 있어서 충분히 방전하지 않고 충전을 반복하면 전체 용량이 떨어집니다.​ 니켈 수소(Ni-MH) 전지는 니켈과 수소흡장합금을 사용한 2차 전지로, 니켈 카드뮴 전지보다 무게가 가볍고 같은 용적에 더 큰 용량을 저장할 수 있습니다.또한 메모리 효과가 거의 없어서 수시로 충전해도 무방합니다.  리튬 이온 배터리(Lithium ion battery)는 외부 전원을 이용해서 충전할 수 있는 2차 전지의 일종입니다.리튬 이온 전지는 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소전지보다 전압이 3배 정도 높습니다.또한 높은 에너지 밀도, 우수한 보존성 및 긴 라이프 사이클 등의 장점이 있으며,노트북 컴퓨터, 디지털카메라, 캠코더, 핸드폰, 보조배터리 등 개인용 모바일 기기에 폭넓게 적용됩니다.   니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온 배터리(Lithium ion battery)의 비교출처. https://www.devicemart.co.kr ​​​​​참고문헌. [네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)https://ko.wikipedia.orghttps://www.devicemart.co.krhttp://www.sdistory.net    오늘은 배터리의 종류와 특성에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 배터리 개발의 역사에 대해 소개해드리겠습니다.​    We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​#수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션 

2020.08.26

#18 배터리의 정의

   안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 우리 생활속에서 사용되고 있는 연료전지에 대하여 알아보았는데요.​오늘은 배터리의 정의에 대해 알아보겠습니다.​1. 배터리의 정의   배터리(Battery)란 전기를 담아두는 부품을 일컫는 영어표현으로, 휴대용 전자기기의 발달로 인해 일상에 밀접한 용어가 되었습니다.  배터리는 손전등, 스마트폰 및 전기자동차와 같은 전기 장치에 전원을 공급하기 위해 화학적 에너지를 전기로 변환하여 저장하고, 직류 전력을 생산하는, 한 개 이상의 셀로 이루어진 기기입니다. 전해질에 금속 이온이 녹으면 금속의 특성에 따라 전위차가 생겨 전류를 흘립니다. 따라서 두 극판을 만들고 이에 전선을 연결하여 전류를 공급받습니다.   배터리출처. 공조냉동건축설비 용어사전​​배터리는 재충전 여부에 따라 1차 전지와 2차 전지로 나뉩니다.   전지의 기전력이 0으로 떨어지면 재충전할 수 없어재사용할 수 없는 전지를 1차 전지(primary cell)라 하며, 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 방전(discharging)과정과 전기에너지를 화학에너지로 변화시키는 충전(charging)과정을 반복할 수 있어서 전지를 재사용할 수 있도록 만들어진 것을 2차 전지(secondary cell) 혹은 축전지(storage cell)라고 합니다.  1차 전지의 대표적인 것이 건전지입니다. 한 번 소모되면 다시 쓸 수 없는 전지로 망간 전지·알칼리 전지·수은 전지 등이 있습니다.​   1차 전지출처. https://terms.naver.com​​납축전지와 리튬이온 배터리는 대표적인 2차 전지입니다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도와 출력이 높고 충전이 가능해,스마트폰과 태블릿PC, 노트북 같은 모바일 디바이스에 가장 적합합니다.     리튬이온전지의 원리출처. https://blog.lgcns.com​​​참고문헌. [네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)https://ko.wikipedia.org​​ 오늘은 배터리의 정의에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 배터리의 특성에 대해 소개해드리겠습니다.     We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업  #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션   

2020.08.19

#17 우리 생활 속 연료전지

      안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 연료전지 시장의 현황과 미래전망에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 우리 생활 속 연료전지에 대해 알아보겠습니다.​​1. 우리 생활 속 연료전지  (1) 차량용 연료전지  캐나다는 자동차용 고분자 전해질형 연료전지 개발을 주도하고 있으며, 캐나다의 Ballard Power System Inc.에서연료전지 버스와 승용차를 개발하고 있습니다.​  토요타 미라이를 구입한 발라드 社출처. https://www.toyota.ca​미라이는 토요타에서 개발한 세계 최초 양산형 세단 수소연료전지차량(FCEV)입니다.일본어로 '미래'를 뜻하는 미라이는 수소연료전지로 구동되는 무배출 FCEV로, 휘발유를 사용하지 않고 꼬리 파이프에서 수증기만 배출합니다.   미라이는 기존 내연기관과 견줄만한 성능을 갖췄습니다. 주행거리가 약 500km나 되며, 약 5분 만에 연료가 다시 충전됩니다.    (2) 주택·건물용 연료전지  2009년 5월 도쿄가스가 세계 최초로 가정용 연료전지(고분자전해질형 PEMFC, 파나소닉 생산)를 발매했고, 이어 2009년 11월 JX닛코닛세이에너지(현, JXTG에너지)가 SOFC(고체산화물형) 개발, 2012년 4월 오사카가스도 아이신정기의 SOFC를 발매했습니다.   이후 각 사의 가정용 연료전지를 에너팜이라는 명칭으로 통일하고 보급을 확대해왔습니다. 에너팜의 보급이 성공적으로 확대된 이유는 태풍 등 자연재해에 정전 시에도 전기와 온수 확보 등으로 호평을 받았기 때문입니다.또한 발매 초기 에너팜의 가격은 3,000만원을 넘는 고가였으나 이후 새로운 모델이 나올 때마다 고효율화, 소형화, 설치성 향상, 비용절감 등을 통해 가격을 낮춰왔습니다. (2020년경 PEMFC 800만원, SOFC는 1,000만원 이하 목표)  2018년 28만대를 보급했으며 2019년 30만대 돌파, 2030년에는 530만대, 투자회수 5년을 목표로 하고 있습니다.이에 비해 한국의 가정·건물용 연료전지 보급 대수는 3167개소로 일본의 10년 전 수준입니다.   유럽의 Ene-Field는 2013년부터 2017년까지 총 5년간 진행된 유럽 최대 규모의 연료전지 실증사업입니다.이 프로젝트를 통해 유럽 주요 10개국에 1,000개 이상의 주거용 연료전지(열병합 발전)를 공급하였습니다.  실제 1,046대를 가정에 설치 시연하였고,550만 시간 이상의 안정적인 작동으로 4.5GWh 이상의 전기를 생성한 바 있습니다.   실증 참가자 설문에서 90% 이상이 성능, 쾌적성, 따뜻함, 신뢰성 및 운영비용에 만족하였다고 답한 만큼 성공적이었습니다.   유럽의 에너지 믹스에 연료전지를 추가하면2050년까지 설치용량 kW당 연간 6,000유로 이상의 인프라 및 운영비용 감소와 kWe당 연간 370~1,100kg CO2 배출량 저감 효과가 기대됩니다.  또한 유럽은 에너필드 프로젝트의 성공적인 결과를 바탕으로 PACE 프로젝트를 진행중입니다.  페이스 프로젝트는 2021년까지 유럽 10개국에 2,800개 이상의 연료전지 발전을 배치하는 5년 프로젝트입니다.  ​  ​이와 같이 유럽의 신재생에너지 정책은 대규모 실증을 통해 연료전지 산업을 확대하고 보조금 없이도 지속 가능한 완전 자립 형태의 생태계를 형성하는 것을 목표로 하고 있습니다. ​​​ 참고문헌. 연료전지 시장의 현재와 미래(삼정KPMG 경제연구원)연료전지, 신재생에너지 시장의 다크호스를 꿈꾸다(IBK 투자증권)http://www.energycenter.co.krhttp://amenews.dadamedia.nethttps://www.h2news.krhttps://ko.wikipedia.orghttps://www.toyota.ca​​​​오늘은 우리 생활 속 연료전지에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 배터리의 정의에 대해 소개해드리겠습니다.  We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​#수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션     

2020.08.10

#16 연료전지 시장의 현황과 미래전망

안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 현재의 연료전지 실용화 단계에 관하여 알아보았는데요.​오늘은 연료전지 시장의 현황과 미래에 대한 전망에 대해 알아보겠습니다.​​1. 연료전지 시장의 현황과 전망: 국외  (1) 현황  전 세계 연료전지 시장은 최근 빠른 성장세를 보이고 있으며, 2017년 기준 50억 3,420만 달러를 기록하였습니다. 이는 2015년 총 17억 7,440만 달러 대비 184% 성장한 수치입니다.   용도별로는 고정형과 수송형의 전체적인 성장세가 두드러집니다. 특히, 2015년까지는 발전용 연료전지를 위주로 고정형이 전체 연료전지 시장의 약 68% 이상을 점유하였으나, 자동차용 시장의 급격한 성장으로 2017년 이후부터는 수송형의 시장 점유율이 크게 성장하여 고정형과 비슷한 규모로 시장이 형성되는 추세입니다(고정형 51.2%, 수송형 48.6%).   이에 비해 시장의 규모가 상대적으로 미미한 휴대형 연료전지 시장은 2013년 이후 빠른 성장세를 보이며 2015년에는 940만 달러로 전체 시장의 0.5%를 차지하였습니다.​   세계 연료전지 시장규모출처. Navigant Analysis   (2) 전망  해외 수소연료전지 사업도 마찬가지로 활발하게 전개되고 있습니다.   일본 후지경제에 의하면 2030년 연료전지시장은 4조9,275억엔(약 50조원) 규모로 2017년 대비 28배 성장할 것으로 알려졌습니다.   용도별 연료전지시스템 세계 시장 규모 전망(좌), 주요국 연료전지 시스템 시장 비중 전망(우)출처. 후지경제(2018), 월간수소경제, IBK투자증권  ​지역별로는 한국, 중국, 일본 등 아시아 비중이 2018년 45%에서 2030년 58%로 절반 이상을 차지할 것으로 전망되었습니다. ​2. 연료전지 시장의 현황과 전망: 국내 ​(1) 현황  국내 연료전지 시장은 2013년 1억 9천만 달러 규모에서 2015년 4억 1,350만 달러로 약 117% 증가하였습니다.   특히, 공공기관 신축 건축물에 대한 신재생에너지 설치 의무화 사업과 친환경 건축물 인증제도, 신재생에너지 이용 건축물 인증제도, 에너지 사용계획 협의 등으로잠재적 연료전지 보급 시장 또한 매우 넓은 것으로 평가받습니다.   국내 내수시장은 발전용 연료전지의 규모 확대로 인해 고정형 연료전지를 중심으로 시장이 크게 성장하고 있으며(‘13~’19년 연평균성장률 34.2%), 육상 교통분야의 온실가스 배출저감 요구에 따라 수송용 연료전지 시장은 연평균성장률 64.3%를 기록하며 가장 큰 성장률을 보일 것으로 예상됩니다.​​ 국내 연료전지 시장규모출처. Navigant Analysis ​국내 연료전지 시장은 총 보급량 기준으로 2014년 19만 3,369 TOE (ton of equivalent)에서2017년 31만 3,303 TOE 규모로 최근 5년간 연료전지 보급량은 빠르게 증가하고 있습니다.   연료전지가 신재생에너지 전체 보급량에서 차지하는 비중도2013년 1.2%에서 2017년 1.9%로 증가하는 추세입니다.   또한 연료전지 발전량은 2013년 579GWh로 전체 신재생에너지 발전량(21,438GWh)의 2.7%를 차지했으나,2017년 1,469GWh를 기록하며 전체 신재생 에너지 발전량(46,623GWh)의 32%를 차지하였습니다.   특히 RPS(Renewable Portfolio Standard) 정책에 힘입어 발전용 연료전지 누적 설치량이 313 MW 수준에 도달하였고 평균 이용률도 90 % 이상을 유지하고 있어 신뢰성이 높은 신재생에너지 수단임을 보여주고 있습니다.​     국내 연료전지 생산량출처. 한국에너지공단    (2) 전망  국내 수소연료전지 소비시장은 증가하는 추세입니다. IBK 투자증권의 발표로는, 2040년 발전용 연료전지는 15 GW (48배), 가정, 건물용은 2.1 GW (300배) 보급이 목표라고 합니다.     ​용도별 연료전지시스템 세계 시장 규모 전망(좌), 주요국 연료전지 시스템 시장 비중 전망(우)출처. 후지경제(2018), 월간수소경제, IBK투자증권   2019년 1월 발표된 한국 정부의 수소 경제 활성화 로드맵에 따르면 발전용 연료전지는 2018년 307.6 MW (41개소)가 보급되었으며 중소형 LNG 발전과 대등한 수준으로 발전단가를 하락시켜 중장기적으로 설치비 65%, 발전단가 50% 수준으로 하락을 목표로 하고 있습니다.또한, 중장기로는 2040년까지 15 GW (내수 8 GW)를 목표로 하고 있습니다.   또한 가정, 건물용의 경우 2018년 7 MW (3,167개소)가 보급되었고, 2022년과 2040년 보급목표는 각각 50 MW와 2.1 GW를 목표로 하고 있습니다.​​​​​참고문헌. 연료전지 시장의 현재와 미래(삼정KPMG 경제연구원)연료전지, 신재생에너지 시장의 다크호스를 꿈꾸다(IBK 투자증권)http://www.energycenter.co.krhttp://amenews.dadamedia.nethttp://www.horizonfuelcell.co.krhttps://ko.wikipedia.org​​​오늘은 연료전지 시장의 현황과 미래전망에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 연료전지가 실생활에 쓰이는 예시에 대해 소개해 드리겠습니다.​​  We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업  #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 

2020.08.04

#15 연료전지 실용화의 현재

  안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 과거의 연료전지 실용화에 대하여 알아보았는데요.  오늘은 현재의 연료전지 실용화에 대해 알아보겠습니다.​​1. 연료전지 실용화의 발달 정도: 국외   일본의 연료 전지기술은 상당한 수준으로, 이미 1996년 6월말 기준으로 약 3.0만kW의 연료 전지(인산형)가 가동되고 있습니다. 그러나 아직도 연구과제가 많기 때문에, 장래 많은 이용이 예상되는 호텔, 병원, 오피스 빌딩 등에서 현장시험과 연구가 계속 진행되고 있습니다.  일본은 1981년부터 6년 동안 에너지 절약기술 개발 계획(Moonlight Project)의 일환으로 연료 전지의 신뢰성 향상과 고효율화 기술의 개발을 추진하였고, 인산염형의 경우 1000 kW급 발전 설비의 독자 개발과 실증 실험, 200kW급 현지 설치형의 상용화를 목표로 하여 연구 개발을 추진하였습니다.   New Sunshine 계획에 의해 1996년까지 가압형 5 MW, 상압형 1 MW급 발전 설비의 실증 실험을 목표로, 9개의 전력 회사와 4개의 가스회사 및 전력중앙연구소로 구성된 연구 조합을 구성하고, NEDO 주관 하에 대규모 실용화 연구를 수행하고 있습니다.   현재의 기술 수준은 화력 대체와 분산 전원용으로 이미 1 MW급 실증 플랜트의 운전 시험을 완료하였으며, 동경전력은 11MW급 인산염형 연료 전지 발전소를 1991년 완공하여 운전시험을 계속하고 있습니다.    일본 동경전력의 연료 전지 발전소출처. http://dl.dongascience.com​ 연료 전지 기술을 선도하고 있는 미국은 1962년 제미니 계획에 의하여 우주 및 군용의 알칼리 연료 전지 연구를 처음 시작하였습니다.   그 후 1969년 28개 가스회사가 중심이 되어, 주거용 및 상업용 인산염형 연료 전지 기술 개발을 위한 9년 계획인 TARGET(Team to Advanced Research for Gas Energy Transformation) 프로그램을 수립하고, 이를 UTC(United Technology Corp. 현재 IFC : International Fuel Cell) 사에 개발을 위탁함으로써 시작되었습니다. ​최근에는 FCG-1 계획에 의해 IFC, WH(Westinghouse)사에서 전기 사업용 MW급 연료 전지 기술 개발 사업을 수행하고 있고, 25-400 kW급의 현지 설치형을 개발하여 200 kW급은 이미 상용화되었으며, 제조 단가를 현재의 약 3000 $/kW에서 1500~1000 $/kW 이하로 낮추고 수명을 40,000 시간 이상 지속시킬 수 있는 발전시스템을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.  유럽 연료전지 기술 개발은 미국과 일본의 기술 독점에 대한 방어적 개념에서 개발이 추진되고 있으며, 연료 개질기, 전력 변환 및 System Engineering 관련 기술을 기업이 보유하고 있습니다.   네덜란드는 1986년부터 PEO주도로 미국의 IGT에서 핵심기술을 도입하여 네덜란드의 신재생에너지 연구단체인 네덜란드에너지연구센터 ECN에서 용융탄산염 연료전지(MCFC)를 개발하고 있습니다. ​​ 용융탄산염 연료전지(MCFC)출처. http://www.horizonfuelcell.co.kr​ 이탈리아는 1986년부터 국립신기술자원환경공사(ENEA) 주도로 VOLTA 계획을 추진하여 PAFC, MCFC, SOFC를 개발하고 있습니다.   캐나다는 자동차용 고분자 전해질형 연료 전지 개발을 주도하고 있으며, Ballard Power System Inc.에서 연료 전지 버스와 승용차를 개발하고 있습니다. Ballard Power System의 수소연료전지버스출처. https://www.ballard.com​​2. 연료전지 실용화의 발달정도: 국내    국내의 연료전지 기술 개발은 1985년부터 한국에너지기술연구소와 한전기술연구원 공동으로 5.9 kW급 인산염형 연료 전지 본체를 수입하여 국내 최초로 발전 시스템을 구성하여 성능 실험을 실시한 것이 그 시작입니다.   이를 계기로 국내에서도 연료 전지 개발의 중요성을 인식하게 되었으며, 최근에는 연구 개발 사업이 활성화되어 인산염형, 용융 탄산염형, 고체 전해질형 및 고분자 전해질 연료전지도 개발하고 있습니다.  한국에너지기술연구소는 1987년부터 6년 동안 과기처 국책 연구 사업을 주관하여 연구소, 대학 등이 공동으로 참여하는 인산염형 연료전지 개발 연구를 수행하였으며, 1992년도에는 1kW 인산염형 연료전지 본체를 성공적으로 개발한 바 있습니다.   이 사업은 1993년부터 시작된 국가 선도기술 개발사업으로 연계되어 산·학·연 공동 참여에 의해 실질적인 50kW급 인산염형 연료전지의 실용화를 위한 요소 기술을 개발하고 있으며, 2000년까지 200kW급 인산염형 연료전지 발전 시스템 개발을 목표로 설정하고 있습니다.  또한 1989년부터는 통상산업부의 대체 에너지 기술개발 사업으로 40kW급 인산염형 연료전지 발전시스템의 개발 사업을 수행하였습니다.   연료전지 본체 개발은 호남정유(현 GS칼텍스), 연료 개질기는 유공(현 SK이노베이션), 전력 변환 장치는 금성산전(현 LG산전), 계통 연계 기술개발은 한국전기연구소가 담당하고 가스공사가 사업을 주관하는 공동연구체제를 구성하였습니다.  또한 1987년부터 수소자동차 연구에 들어간 성균관대학교 기계공학과 이종태 교수와 대학원 및 학부생 등 10여명으로 이루어진 내연기관 연구실팀이 1993년 6월 아시아 타우너 밴을 기초로 한 국내 최초의 수소자동차인 성균1호를 만들었습니다.     국내 최초의 수소자동차 성균1호출처. http://global-autonews.com​​현재 국내의 기술 수준은 전반적으로 기초 연구 단계이나, 연료전지 본체를 포함한 연료개질, 전력 변환 장치 등의 소규모 시제품 개발을 목표로 하여 추진 중이며 최근 10kW급 인산형 발전시스템과 5kW급 고체고분자 발전시스템이 한국에너지기술연구소에 의해 개발되었으므로이러한 발전추세로 보아,단기간 내 현재의 선진 기술 수준에 근접할 수 있을 것으로 전망됩니다. ​​ 참고문헌. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 국내외 동향(송근수)미래 항공용 고체산화물 연료전지(SOFC) 성능향상 연구동향(한창환, 김근배)http://amenews.dadamedia.nethttp://www.horizonfuelcell.co.krhttps://ko.wikipedia.org ​​오늘은 연료전지 실용화의 현재에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 연료전지 실용화의 미래에 대해 소개해드리겠습니다.   We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​​#수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #

2020.07.28

#14 과거의 연료전지 실용화 기술

    안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 연료전지의 특성과 종류에 관하여 알아보았는데요.  오늘은 과거의 연료전지 실용화 기술에 대해 알아보겠습니다.    1. 과거의 연료전지 실용화​PEM 연료전지가 발명되기 전에는 고체산화 연료전지(SOFC)와 같은 기존 연료전지 유형이 극한 조건에서만 적용되었습니다. 그러한 연료전지는 매우 비싼 재료가 필요했고, 차지하는 크기 때문에 사용에 제한이 있었습니다.   PEM 연료전지는 1960년대 초 General Electric사(社)의 Willard Thomas Grubb와 Leonard Niedrach에 의해 발명되었습니다.​  Leonard Niedrach(좌)와 Willard Thomas Grubb(우)출처. https://americanhistory.si.edu​  초기에는 전해액으로 황화 폴리스티렌 막을 사용하였으나, 1966년에 황화 폴리스티렌보다 성능과 내구성이 우수하다는 것이 입증된 Nafion ionomer로 대체되었습니다.  PEM 연료 전지는 NASA Gemini 우주선들에서 사용되었지만, 아폴로 계획과 우주 왕복선에서는 알칼리성 연료 전지(Alkaline fuel cells)로 대체되었습니다.  GE사는 1960년대 초 제미니 우주 임무를 위한 최초의 양성자 교환막 연료전지(PEMFCs)를 개발하였습니다. PEMFC를 사용하는 첫 번째 임무는 Gemini V였습니다. 그러나 아폴로 우주 임무와 그에 따른 Apollo-Soyuz, Skylab, 우주왕복선 임무는 Pratt&Whitney사(社)의 Bacon의 설계에 기반한 연료전지를 사용했습니다.     Gemini V출처. https://www.honeysucklecreek.net​ 하지만 극도로 비싼 재료가 사용되었고 연료전지는 매우 고순도의 수소와 산소를 필요로 했습니다. 또한 초기 연료전지는 높은 작동온도가 요구되어 많은 용도에서 문제가 되는 불편함이 있었습니다.   그러나 연료전지는 이용 가능한 연료(수소 및 산소)를 사용하는 점에서 바람직한 것으로 간주되었습니다.  우주 프로그램에서의 성공에도 불구하고, 연료 전지 시스템은 높은 비용을 충당할 수 있는 우주 비행 사업에 제한되었습니다.   이후 1980년대 후반과 1990년대 초반에 이르러서야 연료전지는 보다 넓은 적용기반을 위한 실용성을 갖추게 되었습니다. 낮은 백금 촉매량과 필름 전극 등의 혁신을 통해 연료 전지 비용을 낮추어, PEMFC 시스템의 개발을 더욱 실용적으로 만들었습니다. 그러나 수소연료전지가 자동차나 다른 운송수단에서 사용할 수 있는 현실적인 기술이 될 것인지에 대해서는 아직 상당한 논쟁에 있습니다.  PEMFC 생산의 상당 부분은 도요타의 수소연료 전기차인 도요타 미라이(Toyota Mirai)가 차지합니다.     도요타 사의 도요타 미라이출처. https://www.caranddriver.com​​  참고문헌. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 국내외 동향(송근수)미래 항공용 고체산화물 연료전지(SOFC) 성능향상 연구동향(한창환, 김근배)http://www.horizonfuelcell.co.krhttps://en.wikipedia.org​​​ 오늘은 과거에 실용화했던 연료전지의 사례에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 연료전지 실용화의 현재에 대해 소개해드리겠습니다.         We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​​  #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션   

2020.07.24

#13 연료전지의 종류와 특성

  안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 실생활 속 수전해에 관하여 알아보았는데요.  오늘은 연료전지의 종류와 특성에 대해 알아보겠습니다.  앞서 알아봤듯이 연료전지(Fuel Cell)란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치입니다. 이 화학 반응은 촉매층내에서 촉매에 의하여 이루어지며 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능합니다.  전지와의 비교를 통해 더 자세히 알아보자면,전지는 닫힌 계에 화학적으로 전기에너지를 저장하는 반면 연료전지는 연료를 소모하여 전력을 생산합니다. 또한 전지의 전극은 반응을 하여 충전/ 방전 상태에 따라 바뀌지만, 연료전지의 전극은 촉매작용을 하므로 상대적으로 안정된 상태입니다.  연료와 산화제로는 여러 가지를 이용할 수 있습니다. 수소 연료전지는 수소를 연료로, 산소를 산화제로 이용하며, 그 외에 탄화수소, 알코올 등을 연료로, 공기, 염소, 이산화염소 등을 산화제로 이용할 수 있습니다.  오늘은 연료전지 중에서도 수소연료전지의 종류와 그 특성에 대해 알아보겠습니다.  1. 연료전지의 종류  수소연료전지는 수소와 산소를 사용하는 것으로서, 수소와 산소가 반응하여 물이 만들어지는 반응을 이용합니다.    (1) PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 양성자 교환 막 연료전지)  고분자 전해질 막 연료전지로도 알려진 양성자 교환 막 연료전지는 고정 연료전지 응용 및 휴대용 연료전지 응용뿐만 아니라 수송 응용을 위해 주로 개발되고 있는 연료전지의 한 유형입니다.   (2) SOFC(고체산화물 연료전지)  SOFC(고체산화물 연료전지)는 연료 산화로부터 직접 전기를 생산하는 전기 화학 변환 장치입니다. 연료 전지는 전해질 재료로 특징되는데요,SOFC는 고체산화물 또는 세라믹 전해질을 갖습니다.   2. 연료전지의 특성   (1) PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, 양성자 교환 막 연료전지)   수소이온을 투과시킬 수 있는 고분자막을 전해질로 사용하는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 다른 형태의 연료전지에 비하여 전류밀도가 큰 고출력 연료전지로서, 100℃ 미만의 비교적 저온에서 작동되고 구조가 간단합니다.   또한, 빠른 시동과 응답특성, 우수한 내구성을 가지고 있으며 수소 이외에도 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있어 자동차의 동력원으로서 적합한 시스템입니다.   이와 같은 PEMFC는 무공해자동차의 동력원 외에도 분산형 현지설치용 발전, 군수용 전원, 우주선용 전원 등으로 응용될 수 있는 등 그 응용범위가 매우 다양합니다.   (2) SOFC(고체산화물 연료전지)  고체산화물 연료전지는 지르코니아 등 수소 혹은 산소 이온의 통과가 가능한 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지입니다. 따라서 연료의 융통성, 비 귀금속 촉매, 완전한 고체상의 전해질 등의 장점을 가지고 있습니다. 하지만 고온에 따른 시스템의 복잡성 증가, 고온 밀폐의 어려움, 상대적으로 고가인 전지요소와 재료 비용 등의 단점도 있습니다.​​  참고문헌. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 국내외 동향(송근수)미래 항공용 고체산화물 연료전지(SOFC) 성능향상 연구동향(한창환, 김근배)http://amenews.dadamedia.nethttp://www.horizonfuelcell.co.krhttps://ko.wikipedia.org ​​ 오늘은 연료전지의 특성과 종류에 대해 알아보았습니다.   다음 시간에는 연료전지 실용화의 과거에 대해 소개해드리겠습니다.        We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​​ #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션  

2020.07.13

#12 실생활 속 수전해

  안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는 (주)케이워터크레프트입니다. 지난 시간에는 미래 수전해의 전망에 관하여 알아보았는데요.  오늘은 수전해가 실생활에 쓰이는 사례에 대해 알아보겠습니다.​ 앞서 알아봤듯이, 수전해(Water Electrolysis)란 물의 전기화학반응을 통해 수소와 부산물로 산소를 생산하는 기술을 일컫습니다.   이산화탄소 같은 온실가스는 물론이고 오염물질 없이 수소를 생산할 수 있는 청정기술이기 때문에 에너지신산업 도약에 있어 핵심이 되는 기술입니다.  이러한 수전해는 다양한 분야에서 실생활에 쓰이고 있습니다. 그중에서도 수전해를 이용한 수소연료전지의 이용기술과 그 사례에 대해 알아보겠습니다.   1. 수소연료전지  연료전지란 말 그대로 연료를 사용하여 전기를 만들어내는 장치로서, '3차 전지'라고도 부릅니다. 연료나 재질에 따라 PEMFC, SOFC, MCFC 등의 다양한 종류가 존재합니다.연료전지는 연료를 태워서 발전기를 돌리는 것이 아니라 연료의 화학반응에서 직접 전기를 얻습니다.   수소연료전지는 수소와 산소를 사용하는 것으로서, 수소와 산소가 반응하여 물이 만들어지는 반응을 사용합니다.    (1) PEMFC(고분자 전해질 연료전지)  PEMFC(고분자 전해질 연료전지)의 경우 수소와 산소를 사용하는 연료전지의 음극(anode)에서는 H2인 수소가 2개의 수소 이온과 2개의 전자로 분해됩니다. 전자는 도선을 타고 양극(cathode)로 이동하고, 수소 이온은 전해질(electrolyte)를 통과하여 양극으로 이동하게 됩니다. 양극에서는 이동해온 수소 이온과 전자, 산소가 반응하여 물이 생성됩니다.     PEMFC의 구조출처. https://www.ksakosmos.com​​이와 같은 PEMFC는 무공해자동차의 동력원 외에도 분산형 현지설치용 발전, 군수용 전원, 우주선용 전원 등으로 응용될 수 있는 등 그 응용범위가 매우 다양합니다. PEMFC에 대한 연구는 1955년 미국의 GE에서 처음으로 시작되어 1962년에 이미 1kW급 PEMFC 스택 2개로 이루어진 모듈을 Gemini 우주선 3호부터 12호에 사용하였습니다. ​  Gemini 1호부터 12호까지 발사장면출처. Wikipedia​이후로 PEMFC를 연료전지자동차 등 민간용으로 응용하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있습니다.​㈜케이워터크레프트에서도 PEMFC를 이용하여 다양한 제품의 전력원으로 개발 중입니다.㈜케이워터크레프트에서는 고도정수처리된 물로 수전해 시스템을 통해 수소에너지를 생산하고 저장하고 있습니다. 이때 100% 태양광을 사용하여 수전해를 통해 수소를 생성해냅니다.이렇게 생산된 수소에너지는 연료전지를 통해 ㈜케이워터크레프트의 에너지자립형 수소발전시스템인 워터스테이션와 수소선박인 워터보트, 공기청정기 워터에어 등의 제품을 가동시킵니다.    ㈜케이워터크레프트의 워터스테이션출처. http://kwatercraft.com ​    ㈜케이워터크레프트의워터에어출처. http://kwatercraft.com  ㈜케이워터크레프트의워터보트출처. http://kwatercraft.com  ​ (2) SOFC(고체산화물 연료전지)  SOFC(고체산화물 연료전지)의 경우 양극(anode)에서 산소가 산소이온과 전자로 분리되고 음극에서 산소이온, 수소, 전자가 반응하여 물이 생성됩니다. 이 과정에서 존재하는 전자의 이동을 전력으로서 사용한다는 것이 기본 개념입니다.     SOFC의 구조출처. https://h2news.kr​​이와 같은 SOFC의 주요 응용분야는 정치형 연료전지와 이동형 연료전지로 나눌 수 있습니다.​정치형 연료전지는 가정용, 건물용 및 분산발전용을 말하는데 SOFC의 시스템 소형화가 가능한 장점과, 고효율 친환경 특성을 이용하여 가정용 같은 경우 전기와 온수(열)에 대한 수요를 충족시키고 전력수요지 근처에 배치되고 있습니다. ​     STX중공업이 개발한 1kW급 SOFC 시스템 ‘encube’출처. 월간수소경제​​그리고 이동형 연료전지는 수송장치의 보조전원 및 군사 목적용입니다. 차량 혹은 선박과 같은 운송 수단은 고효율, 친환경, 소형화 등의 특성을 갖고 있는 SOFC의 좋은 적용처이고, 냉장설비를 계속 가동시켜야 되는 특장차, 군용의 전차 등 전력이 많이 소요되는 차 또는 디젤연료 사용 트럭 등에 보조 전원으로 적합합니다.  현재 항공분야에서 SOFC는 일부 제한적으로 적용되고 있으나, 기술발전과 더불어 작동온도가 낮아지고 성능이 향상되면 응용분야가 증가할 것으로 전망됩니다. 대표적으로 대형여객기 제작업체인 Airbus와 Boeing은 항공기 보조동력장치(APU)에 SOFC를 적용한 하이브리드 방식으로 효율을 높이는 기술을 개발하고 있으며, 향후 소형항공기에 적용하기 위한 시도가 가시화될 전망입니다. ​    SOFC APU system출처. https://www.researchgate.net​​​SOFC의 항공기 적용은 연료소모율 감소와 더불어 유해한 배기가스를 저감시킴으로서 미래 친환경 고효율 항공기 개발에 기여하게 될 것입니다.     참고문헌. 고체산화물 연료전지(SOFC)의 국내외 동향(송근수)고효율 수전해 기술(우상국, 유주현, 문상봉)미래 항공용 고체산화물 연료전지(SOFC) 성능향상 연구동향(한창환, 김근배)수전해 수소제조기술, 기후변화대응기술로 주목해야(김창희)수전해 장치 기술 개요 및 전망(이택홍)http://amenews.dadamedia.nethttp://kwatercraft.comhttp://www.horizonfuelcell.co.kr​​​​오늘은 수전해가 실생활에 쓰이는 사례에 대하여 알아보았습니다. 다음 시간에는 연료전지의 특성과 종류에 대해 소개해드리겠습니다.​    We Build Sustainable Clean Energy World수전해/수소연료전지 시스템 전문기업​​ #수소 #수소에너지 #수소란 #수소의정의 #수소의특징 #친환경에너지 #케이워터크레프트 #KWATERCRAFT #Hydrogen #수전해 #연료전지 #에너지자립형전력공급장치 #WATERSTATION #워터스테이션   

2020.07.06