연료 전지 시스템 수소 셀 스택 Fuel Cell Stack

연료 전지 시스템 수소 셀 스택 Fuel Cell Stack

 

 

연료 전지 시스템의 설계는 복잡하며 연료 전지 유형 및 응용 분야에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 그러나 많은 연료 전지 시스템에는 몇 가지 기본 구성 요소가 있습니다.

 

 

연료 전지 스택

 

연료 전지 스택은 연료 전지 전력 시스템의 핵심입니다. 연료 전지에서 발생하는 전기 화학 반응에서 직류 (DC) 형태로 전기를 생성합니다. 단일 연료 전지는 1V 미만을 생성하며 이는 대부분의 응용 분야에 충분하지 않습니다. 따라서 개별 연료 전지는 일반적으로 연료 전지 스택에 직렬로 결합됩니다. 일반적인 연료 전지 스택은 수백 개의 연료 전지로 구성될 수 있습니다. 연료 전지에서 생산되는 전력량은 연료 전지 유형, 전지 크기, 작동 온도 및 전지에 공급되는 가스 압력과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다. 연료 전지 부품에 대해 자세히 알아보십시오 .

 

 

연료 프로세서

 

연료 처리기는 연료를 연료 전지에서 사용할 수 있는 형태로 변환합니다. 연료 및 연료 전지 유형에 따라 연료 프로세서는 불순물을 제거하기 위한 간단한 흡착 베드 또는 여러 반응기와 흡착제의 조합이 될 수 있습니다.

시스템이 메탄올, 가솔린, 디젤 또는 가스화 된 석탄과 같이 수소가 풍부한 기존 연료로 구동되는 경우, 개질기는 일반적으로 탄화수소를 "재 포맷"이라고하는 수소와 탄소 화합물의 가스 혼합물로 전환하는 데 사용됩니다. 많은 경우 개질 유는 일련의 반응기로 보내져 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하고 남아있는 미량의 일산화탄소를 제거하고 유황 화합물과 같은 기타 불순물을 제거하기 위해 흡착제 베드를 제거합니다. 연료 전지 스택. 이 공정은 가스의 불순물이 연료 전지 촉매와 결합하는 것을 방지합니다. 이 결합 과정은 연료 전지의 효율성과 기대 수명을 감소시키기 때문에 "중독"이라고도합니다.

용융 탄산염 및 고체 산화물 연료 전지와 같은 일부 연료 전지는 연료 전지 자체에서 연료를 개질 할 수 있을만큼 충분히 높은 온도에서 작동합니다. 이 과정을 내부 개혁이라고 합니다. 내부 개질을 사용하는 연료 전지는 여전히 개질되지  않은 연료가 연료 전지에 도달하기 전에 불순물을 제거하기 위해 트랩이 필요합니다. 내부 및 외부 개질 모두 이산화탄소를 방출하지만 연료 전지의 고효율로 인해 가솔린 차량에 사용되는 엔진과 같은 내연 기관보다 이산화탄소가 적게 배출됩니다.

 

 

파워 컨디셔너

 

전력 컨디셔닝에는 전류 (암페어), 전압, 주파수 및 기타 전류 특성을 제어하여 애플리케이션의 요구 사항을 충족합니다. 연료 전지는 직류 (DC) 형태로 전기를 생산합니다. DC 회로에서 전자는 한 방향으로만 흐릅니다. 가정과 직장의 전기는 교류 (AC)의 형태로 교류 사이클에서 양방향으로 흐릅니다. 연료 전지가 AC를 사용하는 장비에 전력을 공급하는 데 사용되는 경우 직류는 교류로 변환되어야 합니다.

AC 및 DC 전원은 모두 조절되어야 합니다. 전류 인버터 및 컨디셔너는 단순한 전기 모터이든 복잡한 유틸리티 전력망이든 관계없이 애플리케이션의 전기적 요구에 맞게 연료 전지의 전류를 조정합니다. 변환 및 컨디셔닝은 시스템 효율성을 약 2 ~ 6%정도만 감소시킵니다.

 

 

공기 압축기

 

반응 가스의 압력이 증가하면 연료 전지 성능이 향상됩니다. 따라서 많은 연료 전지 시스템에는 흡입 공기의 압력을 주변 대기압의 2-4 배로 높이는 공기 압축기가 포함되어 있습니다. 운송 분야의 경우 공기 압축기의 효율은 75 %이상이어야 합니다. 어떤 경우에는 고압 배기 가스에서 전력을 회수하기 위해 확장기가 포함되어 있습니다. 확장기 효율은 최소 80%여야 합니다.

 

 

가습기

 

PEM 연료 전지의 중심에 있는 고분자 전해질 막은 건조 시 제대로 작동하지 않으므로 많은 연료 전지 시스템에는 흡입 공기용 가습기가 포함되어 있습니다. 가습기는 일반적으로 얇은 막으로 구성되며 PEM과 동일한 재료로 만들어질 수 있습니다. 가습기의 한쪽에는 건조한 흡입 공기를, 다른쪽에는 습식 배기 공기를 흐르게 함으로써 연료 전지에서 생성된 물을 재활용하여 PEM을 잘 수화 할 수 있습니다.