연료전지는 수소 등의 에너지를 이용하여 탄소배출을 억제하고 전력을 생산할 수 있기 때문에 IPCC에서도 교통분야의 탄소중립 기술 중 하나로 보고되고 있습니다. 그중 알칼리 연료 전지는 NASA에서 사용된 최초 연료 전지입니다.
알칼리 연료 전지란?
알칼리 연료전지는 연료전지 중 최초로 개발된 기술로 우주에서 물과 전기를 만들기 위해 과거 NASA에서 우주왕복선에서 채택한 기술이었습니다.
알칼리 연료 전지는 이름처럼 수산화칼륨(Koh)과 같은 알칼리성 전해질을 이용하기 때문에 붙여진 이름이며, 연료는 수소를 사용합니다. 일반적으로 시스템 온도가 70도씨 정도로 낮기 때문에 촉매는 비싼 백금 대신 니켈을 사용할 수 있습니다.
따라서 비귀금속 촉매 사용과 탄화수소 기반의 막을 사용할 수 있기 때문에 비용적인 측면에서 큰 장점이 있기 때문에 고정 전력이 필요한 분야에서는 자동차 연료전지인 PEMFC과 경쟁할 수 있는 수준의 연료전지 기술개발이 진행 중입니다.
알칼리 연료 전지 원리
알칼리성 전해질인 수산화칼륨과 같은 전해질을 사용하기 때문에 순수한 산소도 필요합니다. 그 이유는 전해질이 이산화탄소와 반응하면 점성이 증가하여 반응속도가 감소되기 때문에 성능에 영향을 미칩니다.
즉, 소량의 이산화탄소가 반응하면 탄산염이 생성되어 성능과 내구성을 취약하게 만들기 때문입니다.
산소는 음극에서 반응하여 수산화물 이온을 만들고 전해질을 통해 수소와 반응하면서 물이 배출되는 과정에서 전력을 생산하는 원리입니다.
일반적으로 알칼리 연료전지에 사용되는 전해질은 알칼리성 수산화칼륨 수용액이며, 이 전해질 또한 불순물이 없어야 합니다.
다만 알칼리 연료전지에는 몇가지 단점도 존재합니다.
알칼리 연료 전지는 다른 유형의 연료 전지보다 비싸며, 순수한 수소와 산소가 필요하기 때문에 수소 인프라가 어느정도 갖추어져야 하죠. 또한 아직까지는 다른 유형의 연료 전지보다 수명이 짧다는 점이 지적되고 있습니다.
- 고 비용
- 순수한 수소와 산소 필요
- 짧은 수명
알칼리 연료 전지 활용분야
과거 알칼리 연료전지 활용분야는 지극히 제한적이었습니다. 알칼리 연료전지가 우주왕복선에 적용된 이유는 물과 발전효율 때문이었습니다. 다만, 최근 고분자막을 전해질로 적용하고, 셀 설계가 발전되면서 고정형 백업 발전기 등에 사용할 것으로 기대되고 있습니다.