연료전지의 활용(개정판)

머리말 | 4

1장 동작 원리와 종류
1. 연료전지란 무엇인가 | 13
2. 개발의 역사 | 16
3. 연료전지의 종류 | 26
4. 연료전지 셀의 동작 원리 | 29

2장 수소의 물성과 생산 · 생성 기술
1. 수소의 발견과 이용의 역사 | 37
(1) 수소의 발견 | 37
(2) 힌덴부르크호의 화재 사고 | 38
(3) 석유를 이용한 수소 생성 | 40
(4) 화학공업의 발전과 수소 | 41
(5) 수소와 근대 물리학의 탄생 | 42
2. 수소의 특성 | 43
(1) 원자 및 분자 구조의 모델화 | 43
(2) 수소의 물성 | 45
3. 수소 연료의 생성 | 49
(1) 수소 생성 구조와 에너지 사회의 구상 | 49
(2) 탈황 프로세스 | 51
(3) 수증기 개질 | 52
(4) 시프트 반응 | 53
4. 수소 생성 기술 | 54
(1) 선택 산화 반응에 의한 CO 제거 | 55
(2) 흡착법 | 56
(3) 막분리법 | 58
(4) 부분 산화 개질 | 62
(5) 오토더말 개질 | 63

3장 셀 동작의 열역학
1. 깁스의 자유에너지와 엔탈피 | 67
2. 이론 기전력과 네른스트 식 | 70
3. 이상(理想) 열효율 | 74

4장 연료전지의 특징
1. 셀과 스택 | 79
2. 연료전지의 특징 | 80
(1) 높은 이상(理想) 열효율 | 80
(2) 현실의 열효율 | 80
(3) 코제너레이션 | 81
(4) 환경 적응성 | 82
(5) 스케일 메리트 | 83
(6) 부분 부하에서의 발전 효율 | 84
(7) 이용 가능한 연료의 다양성 | 85
3. 기술적인 문제점 | 85

5장 고체 고분자형 연료전지
1. 총론 | 91
(1) 개발의 역사 | 91
(2) PEFC의 동작 원리와 특징 | 92
2. 단(單) 셀의 구성 | 93
3. MEA 및 세퍼레이터의 특성 | 95
(1) 전해질막의 구조와 특징 | 95
(2) 전해질막의 제조법 | 97
(3) 전극 촉매 | 99
(4) 가스 확산층 | 102
(5) 세퍼레이터 | 103
4. 전류와 전압의 관계 | 105
(1) 셀 내부에서 발생하는 손실 | 105
(2) 활성화 분극 | 106
(3) 확산 분극과 확산 전류 | 110
(4) 저항 분극 | 111
5. 물 관리 문제 | 111
6. 발전 시스템 효율의 계산식 | 114

6장 연료전지 자동차(FCV)와 가정용 PEFC 코제너레이션의
실증 연구
1. 고체 고분자형 연료전지(PEFC)의 개발과 도입 시나리오 | 119
2. FCV의 개발과 실증 운전 실험 | 119
(1) JHFC 프로젝트 | 119
(2) 수소 스테이션의 시방 | 125
3. 정치식 PEFC의 실증 실험 | 125
(1) 가정용 연료전지의 동작 조건 | 125
(2) PEFC에 의한 코제너레이션 실증 실험 | 127

7장 마이크로 연료전지 - 동작 원리와 기술적 과제
1. 모바일 기기용 마이크로 연료전지에 대한 기대 | 131
2. DMFC의 동작 원리 | 135
3. 시스템 구성에 따른 분류 | 138
4. 전해질막의 기술적 과제 | 142
5. 주변 기기의 개발 과제 | 145
6. 개발 동향과 보급을 위한 과제 | 147
(1) 개발 동향 | 147
(2) 보급을 위한 과제 | 149

8장 고온형 연료전지
1. 고온형 연료전지의 장점 | 155
2. 고온형 연료전지의 어려운 점 | 157
3. 고온형 연료전지의 이용 분야 | 159
4. MCFC의 동작 원리, 기술 과제 및 개발 동향 | 161
(1) MCFC의 동작 원리 | 161
(2) 외부 개질형과 내부 개질형 MCFC 시스템 | 163
(3) 융용 탄산염형 연료전지(MCFC)의 개발 동향 | 171

9장 SOFC의 기술 과제와 개발 동향
1. SOFC의 특징 | 177
2. SOFC 개발의 역사 | 183
(1) SWPC의 실적 | 183
(2) 미국 정부의 대처 | 185
(3) 일본의 대처 | 187
3. SOFC의 동작 원리 | 188
4. 셀의 구조와 재료 | 192
(1) 셀 구조 | 192
(2) 전해질 | 195
(3) 전극 반응 | 196
(4) 공기극 | 197
(5) 연료극 | 198
(6) 인터커넥터 | 199
(7) 가스 차폐재 | 200
5. SOFC 시스템의 개발 동향 | 201
(1) SWPC 이외의 해외 기업 등에 의한 개발 동향 | 201
(2) 미국 DOE의 개발 계획 | 203
(3) 저온 동작형 SOFC | 204
(4) 비용 절감 시도 | 208
(5) MOLB형 SOFC | 211
(6) 일본의 기타 연구 기관 | 214

10장 연료전지의 개발 동향과 전망
1. 실용화를 위한 기술적 장벽의 타개책 | 219
2. 가정용 연료전지의 발전 효율 | 221
3. 열화 메커니즘의 해명과 가속 시험법의 확립 | 224
4. 프로젝트 포메이션의 문제점 | 226
5. 연료전지 자동차(FCV)와 수소에너지 사회 | 227

11장 미 정부와 국제 기관에 의한 FC ·
수소 개발 프로젝트
1. 미국에서의 수소사회와 연료전지의 이미지 | 233
2. 가정용 PEFC와 환경 면에서의 효과 | 235
3. 가정용 PEFC의 경제적 평가 | 237
4. 가정용 연료전지 시장 | 241
5. 가정용 전원으로서의 FCV 이용 | 243
6. 수소연료전지 선도계획 | 246
7. 수소 생성 · 저장 기술의 목표와 과제 | 248
8. 자동차용 · 정치식 연료전지의 연구개발 | 250
9. International Partnership for the Hydrogen Economy(IPHE) | 251
10. IEA-HIA | 253

Column 〈아이슬란드, 새로운 에너지의 작은 선진국〉 | 254

[부록] 기초 이론 · 용어 해설
1. 열역학 이론 | 259
(1) 엔탈피와 깁스 에너지의 정의 | 259
(2) 열역학 제1법칙과 엔탈피 변화 | 260
(3) 열역학 제2법칙 | 262
(4) 깁스 에너지 변화와 연료전지의 발전 출력 | 263
2. 활성화 과전압 계산 | 266
(1) 전류와 전극반응 속도 | 266
(2) 활성화 에너지 | 269
(3) 전류의 전극전위 의존성 | 269
(4) 평형 전극전위와 교환전류 | 272

용어 해설 | 275
저자 소개 | 283

혼마 다쿠야 1957 교토대학 대학원 공학연구과 석사과정 수료
1958 공업기술원 전기시험소 입소
1970 동 소에너지 변환 연구실장
1979 쓰쿠바대학 교수(구조공학계)
1993 신에너지·산업기술 종합개발기구(NEDO) 이사, 쓰쿠바 대학 명예교수
1995 연료전지 개발 정보센터(FCDIC) 고문
1996 동상 사무국장
1997 동상 상임이사, 공학박사(교토대학)