연료전지는 건물에 열과 전기를 공급하고, 전기 자동차에 에너지를 공급하는데 사용되는 첨단기술이다. 이러한 것들이 이상적인 순수한 수소를 사용 하지만 머지않아 천연가스, 메탄올, 심지어 가솔린을 연료로 사용할 수 있을 것이다. 이 연료들을 수소를 만들기 위해 개량하는 것은 연료 전지가 단계적으로 도입되는 동안 주유소, 천연가스 관로등. 현재 우리의 에너지 사용에 많은 부분에 영향을 줄 것이다.
연 료전지는 건전지와 비슷하지만 충전이 필요하지 않다. 이것은 연료의 공급에 의해 오랜시간 열과 전기를 발생할 것이다. 연료 전지는 2개의 극으로 되어있다. 양극과 음극사이에 전해질이 놓여져 구성된다. 수소는 양극에 공급된다. 그리고 산소는 음극에 공급된다. 촉매가 작용하여 수소 원자는 양자와 전자로 나누어 지고 각각 다른 경로로 이동한다. 전자는 외부의 회로를 지난서 전기의 흐름을 일으킨다. 양자는 음극과 전해질을 통해 이동한다. 그곳에서 산소전자와 반응하여 물과 열을 일으킨다. 연료 전지는 차량에 에너지를 공급하고 건물에 전기와 열을 제공하는데 사용된다.
현재 개발중인 주요한 연료전지는 다음과 같다:
- 인산 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cells)
이 연료 전지는 오늘날 상용화 된 것으로 200개 이상의 연료 전지 시스템이 전세계에 병원, 사설 요양원, 호텔, 사무실, 학교, 공공 사업 발전소, 공항 터미널 그리고 심지어 도시 쓰레기 수거장 - 걸쳐 설치 되어있다. 인산 전지는 40% 이상의 효율로 전기를 생산하는데, 이 연료 전지가 생산하는 증기의 85%가 cogeneration에 쓰인다. 미국의 공공 발전소에서 35% 로 생산하는 것과 비교될 수 있다. 온도는 화씨 400도 범위 내에서 조절해 준다. - 양성자 교환 막 연료전지(Proton-Exchange Membrane Fuel Cells)
이 전지는 상대적으로 낮은 온도에서( 화씨 200도 정도) 조작되고, 동력 밀도가 높으며, 변하는 동력 요구를 빨리 만족 시킬 수 있는가에 따라 그 생산량은 달라질 수 있다. 또 자동차와 같이 운전이 빨리 개시 되어야 하는 응용 분야에도 적용이 가능하다. 미국 에너지 부에 따르면, 엔진 소비가 적은 운송기와 건물 및 재충전 건전지 대용품과 같은 훨씬 소형에 응용도 가능한 주요 후보로써 연료 전지를 들었다. 양성자 교환 막은 수소 이온을 통과 시켜 주는 얇은 플라스틱 판이다. 그 막은 활성화된 촉매인 미량의 금속 합성 입자들로(대부분 플라티늄) 된 양 극에 입혀진다. 수소는 촉매로인해 수소 원자가 전자를 방출하고 수소 이온(양성자)이 되도록 하는 연료 전지의 양극으로 보내진다. 전자는 산소를 공급 받을 수 있는 연료 전지의 음극으로 가기 전에 사용 가능한 전류의 형태로 이동한다. 동시에 양성자는 막을 통해서 음극으로 확산되고, 이곳에서 수소 원자는 재 결합되고, 산소와 반응하여 물을 만들면서 전체 공정이 끝나게 된다 . - 고형 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cells)
또 다른 유망한 연료 전지로, 고형 산화물 연료 전지가 산업과 대형의 중앙 전기 발생 시설을 포함해서 크고 동력이 높은 것에 적용되어 왔다. 어떤 연구가는 이것을 자동차에도 적용하고, 연료 전지 보조 동력 장치로 개발하고 있다. 고형 산화물 시스템은 액체 전해질 보다는 화씨 1800도씨에서도 운전할 수 있는 단단한 세라믹 물질을 주로 사용한다. 동력 발생 효율은 60%에 이른다. 고형 산화물은 연속된 긴 튜브로 된 것과 캔의 윗면과 같이 생긴 압축된 원반 형태가 있다. 튜브형은 거의 상용화가 되었고, 세계 곳곳에서 여러 회사들에 의해 생산되고 있다. - 직접 메탄올 연료전지(Direct-Methanol Fuel Cells)
이 전지는 전해질로 고분자 막을 사용한다는 점에서 양성자 교환 막과 비슷하다. 그러나 이 전지는 양극 촉매 자체가 액체 메탄올에서 수소를 얻을 수 있기 때문에, 연료를 다시 재생 시켜주어야 할 필요가 없다. 일반적으로 약 화씨 120에서 190도 씨 정도에서 운전할 때 이 전지의 효율은 약 40%정도이다. 온도가 높아질수록 효율도 높아진다. - 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cells)
용융 탄산염 연료 전지는 연료 대 전기 효율이 높고, 약 화씨 1200도에서 운전할 수 있다. 최근에는 수소, 일산화 탄소, 천연 가스, 프로판, 매립에서 발생하는 가스, 해양 디젤, 모의 석탄 가스 발생 제품등에 사용되고 있다. 10 kW 에서 2 MW정도의 용융 탄산염 연료 전지가 다양한 연료로 시험 되어 왔으며, 일본이나 이탈리아 같은 곳에서 변동없이 성공적으로 사용되어왔다. - 알카라인 연료전지(Alkaline Fuel Cells)
NASA 에서 오랜 동안 작업 해왔던 이 전지는 70%까지 동력 재생 효율을 얻을 수 있다. 전해질로는 알칼리 수산화 칼륨을 사용한다. 최근 까지도 상용화 되기엔 너무 비싼 가격이었지만, 몇몇 회사들이 가격을 낮추고 운전상의 유연성을 증진시킬 방법을 고안하고 있다. - 재생, 가역 연료 전지 (Regenerative or Reversible Fuel Cells)
연료 전지 중에서 얼마 되지 않은 편에 속하는 재생 연료 전지는 동력 생산을 closed-loop form으로 한다는 점에서 흥미로운 전지이다.물은 태양으로 동력 받은 전기 분해기에 의해 수소와 산소로 분리된다. 수소와 산소는 연료 전지로 들어가서 전기와 열 그리고 물을 생산한다. 그리고 나서 이 물은 다시 태양열로 발전된 전기 분해기로 재순환되고, 공정은 다시 시작된다. 이 연료 전지는 현재 NASA와 다른 세계 곳곳에서 연구되고 있다.
