그린에너지공학/금오공대(금오공과대학교)/기계공학과/과제/인산형 연료전지/연료전지

소개글

그린에너지공학/금오공대(금오공과대학교)/기계공학과/과제/인산형 연료전지/연료전지에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 연료전지란?
2. 연료전지 종류 및 특성
3. 인산형 연료전지(PAFC)란?
4. 인산형 연료전지의 원리
5. 인산형 연료전지 시스템
6. 인산형 연료전지의 개질반응
7. 인산형 연료전지 셀 구조

본문내용

는 150~200°C 정도이며, 순수 발전 시 40% 내외, 열 병합발전시에는 최대 85%까지의 효율을 보인다.
4. 인산형 연료전지의 원리
[그림 3] 인산형 연료전지 개략도
인산형 연료전지는 기본적으로 수소와 산소의 반응이 일어나는 anode와 cathode, 전해질인 인산()를 함유하고 있는 매트릭스 등으로 구성되어 있다. 인산형 연료전지에서 수소의 산화 및 산소의 환원 반응이 일어나는 anode 및 cathode는 기체 확산층과 촉매층으로 이루어져 있다. 다공성의 기체확산층은 반응 기체를 촉매층의 전면적에 고르게 분산시키는 역할을 하며, 촉매층에는 활성 site가 분포되어 있다. 이러한 anode와 cathode의 전극 재료로는 다공성 카본블랙이나 흑연에 귀금속인 Pt를 담지시킨 촉매가 주로 사용된다. 최근에는 cathode에서의 산소 환원 반응의 반응성 및 안정성을 향상시키고자 백금 alloy 촉매(Pt-Cr, Pt-Ti, Pt-Fe-Co)가 사용되고 있다.
인산형 연료전지에서 매트릭스가 갖추어야할 요건은 인산형 연료전지의 작동온도(190°C)에서 열적, 화학적으로 안정해야하며, 높은 이온 전도성과 전기 절연체이어야 한다. 또한 반응기체의 cross-over를 방지하기에 충분한 기포압력을 가지고 다공성이어야 한다.
5. 인산형 연료전지 시스템
PAFC 발전 플랜트는 크게 4가지 부분으로 구성된다. 다양한 1차연료를 개질하여 수소가 풍부한 연료를 얻는 장치인 연료개질부와 주입된 개질 연료와 공기중의 산소를 이용하여 실제 전기화학적인 적극반응을 일으켜 전력을 생산하는 주요 부분인 연료전지 스택부와 스택에서 나온 직류를 교류로 전환시켜주는 직교류변환장치 및 연료정지 작동시 각 요소에서 발생하는 열을 회수하는 열 회수 장치로 이루어져있다.
6. 인산형 연료전지의 개질반응
수소를 값싸게 생산하는 방법으로 탄화수소의 수증기 개질공정이 주로 사용된다. 인산형 연료전지에 사용되고 있는 수소는 주로 메탄인 천연가스를 수증기로 개질하고 있으며 이의 제조방법은 아래와 같다.
첫 번째 단계는 천연가스와 수증기를 반응시켜 , , , 의 혼합물이 생성되는 단계이다.
이 반응은 매우 큰 흡열반응이다. 열역학적 평형관계를 고려하면 의 효율적인 이용을 위해서는 반응온도를 높여야하며 이때 사용되는 촉매로는 주로 NI계 촉매를 사용한다.
두 번째 단계는 CO전화반응인데 개질 단계에서 다량으로 생성된 CO를 다시 수증기와 반응시켜로 전환

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