자동차상식 + 자동자학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 101강. 연료전지의 기본 구성

101강. 연료전지의 기본 구성

 

연료전지의 구성단위를 셀(Cell, 단전지라고도 한다)이라 하며, 셀은 그림과 같이 플
러스의 전극판(공기극)과 마이너스의 전극판(연료극)이 전해질을 포함한 층을 겹친 샌
드위치와 같은 구조를 하고 있다.
공기극과 연료극에는 수많은 세밀한 구멍이 나 있고, 여기를 외부에서 공급된 공기 중
약 20 %의 산소가 포함되어 있으므로, 공기가 통과함에 의해 반응이 일어난다.

연료전지의 기본 구성

수소는 전해질을 접촉하는 면까지 들어가 있어서 전자를 유리하여 수소 이온이 되고
전자는 밖으로 나가버린다. 전해질을 통과한 수소 이온은 반대측의 전극에서 보내진 산
소와 외부에서 전선을 통해 돌아온 전자와 반응해서 물이 된다. 이러한 전자와 이온으
로 분리되는 시점이 연료 전지의 원리 중 가장 중요한 점이다.
전자가 전선을 이동하는 것은 전류가 흐르는 것, 즉 전기가 발생하는 것이 된다. 그러
나 단층의 셀에 의한 전기 발생은 많지 않다. 따라서 필요한 전기 출력을 얻기 위해서는
직렬로 연결하게 하여 셀을 적층하고, 상하 셀 사이에는 수소와 산소의 통로를 막으면
서 적층된 셀을 전기적으로 연결하는 역할을 하는 세퍼레이터가 들어간다. 이 셀을 적
층한 것을 연료전지 발전장치 중에서는 연료전지 본체인 셀 스택이다.
또한 연료전지가 이상적인 상태라면 모두 전기 에너지로 변환되겠지만, 실제로는 셀
내부에 약간의 전기 저항이 있어 그 저항으로 일부에너지가 전기에너지가 아니고 열에
너지로 변해버린다. 이로 인해 셀에서 발열이 발생하여 셀 온도가 상승하기 때문에 냉
각수가 통과하는 관을 셀 스택의 여러 곳에 설치하여 셀이 적당한 온도가 되도록 냉각
한다. 냉각수는 역으로 가열되므로, 이러한 열에너지를 외부에서 급탕이나 난방 등에
이용할 수 있다.

연료전지의 기본 구성