연료전지 변환장치

연료전지의 에너지 변환장치와 연료전지의 본체

 

 

 

 

 

 

연료전지의 에너지 변환장치는 전기화학 공정을 통해 연료에 저장된 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 핵심 부품이다.

 

이 장치는 일반적으로 연료전지 스택이라고 불리며, 원하는 전력 출력을 달성하기 위해 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 개별 연료전지로 구성됩니다.

 

 

 

 

연료 전지 스택은 여러 층과 구성 요소로 구성되어 있습니다:

 

 

전극:

연료전지 스택에는 양극과 음극의 두 전극이 있습니다.

양극은 연료가 공급되는 전극이고 음극은 산화제(통상 공기 중 산소)가 공급되는 전극이다.

전극은 연료전지에서 일어나는 전기화학반응을 촉진한다.

 

 

촉매:

촉매는 스스로 소비되지 않고 전극에서의 전기화학반응을 촉진하고 가속시키는 물질이다.

전형적으로는 백금 또는 다른 귀금속을 촉매로 사용하여 애노드 및 캐소드에서의 반응을 강화하고 연료전지의 효율을 개선한다.

 

 

전해질:

전해질은 전기화학 반응에 필요한 이온 수송을 용이하게 하기 위해 양극과 음극 사이에 배치된 특수 재료입니다.

전해질은 전자의 흐름을 차단하면서 이온을 흘려보낼 수 있어 연료전지에서 발생하는 전류가 외부회로를 통해 강제로 흐르도록 한다.

 

 

가스확산층(GDL):

가스 확산층은 전극 양쪽에 배치되는 다공질 재료로서 연료와 산화제를 균일하게 분배하여 반응 가스의 흐름을 용이하게 한다.

GDL은 전기 전도체 역할도 하며 생성된 전자가 외부 회로를 통과할 수 있도록 합니다.

 

 

바이폴라 플레이트:

바이폴라 플레이트는 스택 내의 개별 연료전지 사이에 위치하는 도전성 플레이트이다.

쌍극판은 개별 셀에 반응 가스를 분배하고 인접 셀 사이에서 전기를 전도하며 동작 중 발생하는 여분의 열을 제거하는 복수의 기능을 수행합니다.

 

연료 전지 시스템이 작동하는 경우 전기 화학 반응은 다음과 같이 연료 전지 스택에서 발생한다:

 

양극에서:

수소 등의 연료는 연료 전지의 애노드 측에 공급됩니다.

수소 분자는 촉매 피복 양극 표면에서 양성자(H+)와 전자(e-)로 분할한다.

양성자는 전해질을 통해 음극을 향해 이동하고 전자는 외부 회로를 통과하여 전류를 생성한다.

 

 

전해액 중:

전해질은 정하전된 양성자가 그것을 통과하면서 음으로 하전된 전자를 차단하는 것을 가능하게 합니다.

 

 

음극의 경우:

산화제, 전형적으로 공기로부터의 산소는 연료 전지의 캐소드 측에 공급됩니다.

촉매 피복 음극 표면에서는 산소 분자가 외부 회로로부터의 양성자와 전자와 결합하여 유일한 부산물인 물(H2O)을 형성한다.

 

 

이 전기화학 프로세스는 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 연료전지 스택에서 발생하는 전류는 전기차 전원 공급, 건물 전력 공급, 휴대용 전자기기 전력 공급 등 다양한 용도로 이용할 수 있습니다.

 

에너지 변환 장치 또는 연료 전지 스택의 설계와 구성은 특정 연료 전지 기술과 전력 요건에 따라 다를 수 있습니다.

지속적인 연구개발 노력은 청정에너지 용도에 있어서 연료전지 기술의 광범위한 채택을 위해 연료전지 스택의 효율성, 내구성 및 비용 대비 효과를 개선하는 것을 목적으로 하고 있습니다.

 

 

 

 

연료전지 본체

 

 

연료전지 본체란 연료전지 시스템의 다양한 구성요소를 유지하고 지지하는 전체적인 구조와 하우징을 말합니다.

내부 컴포넌트의 구조적 무결성, 전기 연결 및 보호를 제공합니다.

연료전지 스택 어셈블리 또는 스택 하우징이라고 불리는 본체는 연료전지 시스템의 적절한 기능과 안전성을 확보하기 위해 설계되었습니다.

 

연료전지 본체의 주요 특징과 구성요소는 다음과 같다:

 

스택 하우징:

스택 하우징은 연료 전지 스택을 둘러싸 외부 요소로부터 보호하는 외각 또는 케이싱이다.

일반적으로 내구성, 전기 절연성, 열 및 화학물질 폭로에 대한 내성을 제공하는 금속 또는 플라스틱 등의 재료로 구성되어 있습니다.

스택 하우징은 또한 연료와 산화제 공급, 냉각수 순환 및 전기적 연결을 위한 액세스 포인트를 제공합니다.

 

 

가스 매니폴드:

가스 매니폴드는 본체에 일체화되어 연료 및 산화제 가스를 연료 전지 스택 내의 개개의 셀로 분배한다.

이들은 스택 전체의 균일하고 제어된 가스 유량 분포를 확보하여 연료 전지의 전체적인 성능과 효율을 최적화합니다.

 

 

냉각수 채널:

연료전지는 운전 중 열을 발생시키고 본체에는 냉각수 통로나 통로가 내장돼 여분의 열을 제거해 최적의 운전온도를 유지한다.

이 채널들은 물이나 특수한 냉각재 등의 냉각매체의 순환을 가능하게 하여 연료전지 스택으로부터의 열을 방산한다.

효율적인 열 관리는 연료 전지 시스템의 성능, 효율, 수명을 유지하는 데 필수적입니다.

 

 

전기적 연결:

연료전지 본체는 연료전지 스택에 의해 생성되는 전류의 흐름을 용이하게 하는 전기적 접속부를 갖는다.

이러한 연결은 일반적으로 스택 내의 개별 연료 전지를 연결하여 전자 흐름에 경로를 제공하는 도전성 플레이트, 단자 또는 버스 바로 구성됩니다.

전기적 연결을 통해 연료전지 스택에서 외부 장치 또는 전기 그리드로의 전력 전송이 보장됩니다.

 

 

절연 및 씰:

본체에는 절연 재료와 씰 기구가 내장되어 있어 전기 쇼트, 가스 누출, 열 손실을 방지합니다.

세라믹이나 폴리머와 같은 절연 재료는 스택 내의 개별 세포를 분리하고 전기적으로 분리하는 데 사용됩니다.

가스켓 또는 씰을 포함하는 씰링 기술은 기밀 컴파트먼트를 유지하고 연료 전지 시스템의 서로 다른 섹션 간의 가스 누출을 방지하기 위해 사용됩니다.

 

 

 

연료전지 본체는 연료전지 스택에 안전하고 제어된 환경을 제공하도록 설계되어 효율적인 동작을 보장하고 내부 컴포넌트를 보호합니다. 연료전지 시스템의 신뢰성 높은 성능에 필요한 구조적 무결성, 열 관리, 가스 분배 및 전기적 연결을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.