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마이크로-규모 에너지 전환 장치 및 방법

전문가 제언: ○ 고체 산화물 연료전지는 800℃에서 1,100℃에 이르는 매우 높은 온도에서만 효율적인 운전이 가능하다. 그러나 본문은 이런 높은 온도가 재질의 선택 범위를 제약하고 부식 문제와 피로현상을 일으켜 낮은 온도에서 가동할 수 있는 연료전지의 개발이 필요하다고 본다. 따라서 본 발명이 제시하는 저온(500℃ 또는 그 이하) 고체 산화물 연료전지는 이 문제를 극복할 수 있다는 주장이다.

○ 연료전지는 다섯 가지의 주 형태가 있다. 알칼리 연료전지는 약 80 ℃에서 가동된다. 액체 알칼리 전해질은 부식성이 강하고 CO2에 피독되므로 매우 순수한 H2의 공급이 필요하다. NASA의 우주 프로그램에 사용되었으나 현재는 인기가 없다. 고체고분자 연료전지는 80에서 100℃ 범위에서 가동된다. 전해질은 산성 고체 폴리머 막이며 백금이 전극반응의 촉매로 쓰인다. CO에 견디지 못하며 낮은 운전 온도가 반응 생성물인 물 처리 문제를 초래한다. 그럼에도 불구하고 융통성이 크고 수송 부문에 적용될 가장 가까운 후보로 간주된다.

○ 인산 연료전지는 약 220℃에서 가동되며 액체 산성 전해질이 부식성이 크다. 최근까지 소형 열병합 발전의 주 후보였으나 성능이 다른 형태의 연료전지와 같을 것 같지 않아 연구는 거의 정지되었다. 용융 탄산염 연료전지는 약 650℃에서 가동되며 용융 나트륨-칼륨 탄산염 전해질은 부식성이다. MW-규모의 발전에 유망한 것으로 간주되었으나 전해질의 부식으로 목표 수명을 시현하는 데 문제가 나타나 성공적인 상업화 가능성은 훨씬 감소되었다.

○ 고체 산화물 연료전지는 850에서 1,000℃에서 가동되며 고체 산화물이 전해질이다. 500부터 600℃에서 이온 전도성이 우수한 물질도 개발되었으나 그 기술은 많이 진전되지 못했다. 발전에서 SOFC 배출가스로 가스 터빈을 구동하는 가능성 때문에 본문의 주장과는 달리 고온 운전이 뚜렷한 장점으로 간주된다. 현재 고체고분자 연료전지와 고체 산화물 연료전지가 상업화 가능성을 선도하고 있다. 그러나 연료전지 개발 역사에 많은 반전이 있었다는 점에서 이 평가는 조심스레 받아들여야 할 것이다.

저자: PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE
자료유형: 특허정보