편집부(외신) 세라믹 연료전지는 연료 효율이 매우 좋고, 방출이 적고 소음이 없는 장점이 있다. 200kW까지 안정적인 전력 생산 시스템과 5kW급 보조 전력 생산 시스템이 선보인 바 있다. 그러나 저지를 만드는 비용을 줄여야하는 문제가 남아있다. 연료전지는 날이 갈수록 오르고 있는 석유 가격과 환경문제 때문에 그 중요성이 높아지고 있다. 연료 전지를 이야기할 때 몇 가지 떠오르는 질문들이 있다. ·연료 전지란 무엇인가? ·연료 전지의 현재 진척상황은 어떠한가? ·세계적인 여러 회사들이 어떠한 전지 디자인을 추구하고 있는가? ·얼마나 큰 전력 시스템이 만들어졌고 얼마나 잘 작동하였는가? 연료 전지는 전기화학적인 에너지를 변환시켜주는 장치로써 연료의 화학에너지를 연소 없이 곧바로 전기로 바꿔준다. 이러한 관점에서 보면 배터리와 비슷하다고 할 수 있다. 그러나 저장되어 있는 화학물질의 양에 의해 수명이 정해져 있는 배터리와는 달리 연료 전지는 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 생산해 낼 수 있다. 그렇기 때문에 연료전지는 다르게 말해서 연속적인 배터리라고 할 수 있겠다. 배터리가 그렇듯이, 연료전지도 여러 종류가 있다. ·폴리머 전해질 연료전지는 신문, 잡지나 텔레비전에서 볼 수 있는, 가장 잘 알려진 연료전지이다. 이들 연료 전지는 ~90℃에서 작동하고 휴대용 기기에 가장 먼저 사용 될 것으로 기대되고 있다. ·알카라인 연료전지는 제미니와 아폴로 미션 같은 우주 프로그램에 이미 사용된바 있다. ·인산 연료전지는 현재 시장에서 가장 첨단 제품이고 유나이티드 테크놀로지에서 상업화시키고 있다. ·고상 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs)는 지르코니아 전해질 기반의 연료전지이다.(이 기사는 세라믹 SOFCs에 중점을 두고 있다.) SOFCs의 작동 원리 SOFC는 기본적으로 세 가지 구성 요소로 되어있다. 음극, 전해질 그리고 양극. 음극에서, 공기에서부터 온 산소가 이온화되어 산소 이온이 된다. 이 산소 이온이 지르코니아 전해질로 가서 전해질을 지나 양극 쪽으로 이동하게 된다. 이들 산소 이온은 주로 수소와 일산화탄소로 구성되어 있는 연료와 결합하여 이것들은 산화시키게 되고 각각 수증기와 이산화탄소를 형성시킨다. 이 과정에서 전기와 열이 발생하게 된다. 이 연료 전지는 보통 800℃~1000℃에서 작동하게 된다. 이러한 전지에서 나오는 전압은 넌스트(Nernst) 방정식으로부터 구할 수 있다. 만약에 전지가 1000℃에서 공기 중에서 작동하여 반대편에 산소 분압이 ~10-20인 자연 가스를 형성하였다면, 전지의 전력은 약 1V정도이다. 그렇기 때문에 킬로와트나 메가와트 단위의 전력을 요구하는 시스템에 실제적으로 사용하기 위해서는 이러한 전지들을 많이 연결하여야한다. 어떤 연료전지든지, 특히 세라믹 연료전지는 고온에서 작동하기 때문에 카르노 사이클에 의해 효율이 결정되어버리는 역학적으로 전기를 발생시키는 장치들보다 효율이 높다는 것이다. 작은 크기의 가스 터빈의 효율은 고작 20~25% 밖에 되지 않는다. 그와 비슷한 크기의 세라믹 연료전지의 효율은, 만약 발생하는 전기만 따지자면, 거의 50% 정도가 된다. 만약에 세라믹 연료 전지가 발생시킨 열까지 고려한다면 총 효율은 80%나 된다. 그렇기 때문에 역학적 전기 발생 시스템과 세라믹 연료 전시에는 큰 차이가 있게 된다. 이 이점은 현재 치솟고 있는 가스와 천연 가스의 가격을 고려해볼 때 큰 의미가 있게 된다. 연료전지의 또 다른 중요한 장점은 환경문제를 전혀 일으키지 않는다는 것이다. 연료전지는 연료를 연소하지 않기 때문에 NOx를 발생시키지 않는다. 물론 그렇기 때문에 온실 효과에 영향을 주는 이산화탄소가 발생하게 된다. 그러나 연료전지의 높은 효율 때문에 단위 전기당 발생하는 이산화탄소의 양은 매우 작다. 연료 전지는 또 다른 장점을 가지고 있다. 그중 하나는 열과 전력을 동시에 발생시킨다는 것이다. 연료 전지는 고품질의 열을 발생시키고 그 열은 가열, 냉각, 증기 터빈이나 가스터빈을 이용하는 발전에 사용될 수 있다. 연료전지는 다양한 연료를 사용할 수 있다는 장점도 있다. 연료 전지는 액화 천연가스, 파이프라인 천연가스, 액화 프로판 가스, 휘발유, 메탄올과 바이오 가스 등을 사용하여 시험되어왔다. 이외에도 크기를 자유자재로 할 수 있다는 중요한 장점이 있다. 연료전지는 원래부터 모듈로 제작된다. 작은 크기로 만들 수도 있고 수백 와트에서 수백만 와트 크기까지 만들 수도 있다. 그렇기 때문에 어떤 새 도시가 생겨 전력 시스템이 필요하게 되었다면, 현재 도시 크기에 맞는 크기로 전력을 공급하도록 만들 수 있다. 도시 크기가 커지면 더 많은 모듈을 더하기만 하면 된다. (Ceramic Bulletin) 연료 전지의 유형 세라믹 용융카바이드 인산 알카라인 폴리머 막 전해질 Y2Ox 안정화된 Li2CO2 H2PO4 KOH Perfluoro-sulf ZrO2(YSZ) K2CO3 onic acid 음극 Si이 도핑된 Li이 도핑된 Pt on C Pt-Au Pt on C LaMnO2 NiO 양극 Ni/YSZ Ni Pt on C Pt-Pd Pt on C 온도 800~1000℃ 650℃ 200℃ 100℃ 90℃ 연료 H2, CO H2, CO H2 H2 H2