연료전지 Fuel Cell은 수소에너지로부터 전기에너지를 발생시키는 친환경적 에너지를 말한다.
일반적으로 물에 직류 전기를 흘리면 물이 산소와 수소로 분해된다고 한다.
반대로 산소와 수소를 반응시키면 전기와 물이 나온다.
자동차 연료 전지는 수소와 산소를 직접 만나지 않고, 이온 상태로 만나게 하여 물과 전기를 생성하게 한다.
이를 가능하게 하는 것이, 수소를 이온 상태로만 통과시키는 이온 교환막이다.
이온 교환막을 사이에 두고 수소와 공기를 흘려주었을 때, 수소는 교환막과 만나면서 전자를 내주고 수소 이온(H+)이 된다.
수소 이온은 교환막을 지나가고, 전자는 외부로 연결된 도선을 타고 반대쪽 공기가 있는 곳으로 같다.
공기 중의 산소와, 교환막을 지나온 수소 이온과 전극을 타고 온 전자들이 만나 물이 된다.
외부로 연결된 전선을 타고 전자가 이동할 때 전자는 전구의 불을 켜고, 동력을 발생시킬 수 있다.
수소가 전자를 내주면서 이온이 되고, 이온이 산소와 만나면서 물이 되는 반응은 잘 일어나지 않기 때문에, 촉매를 이용해야 한다.
이온 교환막 표면에는 촉매를 잘 분산한 전극 물질이 부착되어, 전자도 잘 흐르게 하고, 반응도 골고루 빠르게 일어나게 한다.
연료 전지는 보통 1V 내외의 전압을 발생시키기 때문에, 전원의 용량으로는 너무 낮아, 연료전지 수백 개를 직렬로 연결해 원하는 전압을 생성시킨다.
직렬로 연결시킬 때, 수소와 산소를 분리하면서도, 전기도 잘 통하게 하기 위해, 이온 교환막 사이에 분리판을 둔다.
분리판에는 수소와 산소가 잘 흘러, 이온 교환판에 잘 퍼지게 하고, 반응에 의해 생긴 물은 효과적으로 없애게 하는 배수로가 있다.
이온 교환막과 분리판의 전기적 접촉은 물론, 반응 기체와 유속에 의한 이온 교환막과 전극의 손상을 막기 위해, 전기를 잘 통하는 물질로 되어 있고, 기체가 잘 통하는 구조로 된 기체 확산층을 그 사이에 둔다.
일정한 순서로 쌓아 올린 연료 전지부품들을 적절한 압력을 가해 체결하는데, 연료 전지 스택은 판상의 부품을 쌓은 적층 구조로 되어 있어 스택이라고 부른다. (출처 http://www.korea-autonews.com/entry/%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%B0%A8-%EC%97%B0%EB%A3%8C-%EC%A0%84%EC%A7%80%EC%9D%98-%EC%9E%91%EB%8F%99-%EC%9B%90%EB%A6%AC)
두산퓨얼셀 홈페이지에 스택Stacks 사진이 있어 찾아 봤다.
아래는 고분자전해질 자료 MEA(Membrane Electrode Assembly)
전해질과 관련한 사진도 찾아봤다.
참고할 만한 자료 : http://smtfocus.co.kr/article/print.asp?idx=567, http://smtfocus.co.kr/article/print.asp?idx=572