신에너지원으로 꼽히면 풍력, 수력, 태양광, 원자력 등이 모두 잘 알려져 있으며, 대부분이 자본시장의 사랑을 받고 있다. 그러나 마찬가지로 중요한 경쟁자인 수소는 비교적 알려지지 않았으며 뚜렷한 가시성이 부족합니다. 그럼에도 불구하고 시대는 변화하고 있습니다. 2021년 11월 상하이 수입박람회는 이러한 고유한 패턴을 깨뜨렸습니다. 일본 토요타가 2세대 미라이(Mirai) 수소연료전지 승용차를 중국에서 최초로 선보였다. 최대 주행 거리는 850km로, 대부분의 리튬 구동 신에너지 차량의 단일 주행 거리를 능가합니다.
요즘은 소위 "수소전기차"는 구체적으로 수소연료전지 자동차를 지칭합니다. 그러나 리튬이온 배터리와 달리 수소연료전지는 본질적으로 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기에너지를 생성하는 장치입니다. 이러한 화학반응의 최종 부산물은 기존 연료와는 달리 오직 물뿐입니다. 탄소산화물, 질소산화물, 황산화물 등의 물질을 배출하는 자동차로, 수소는 '배출 제로'를 달성할 수 있는 에너지원으로 꼽힌다.
수소 연료 전지에서 티타늄은 중요한 역할을 합니다.수소연료전지에 사용되는 티타늄 분리판은 얇은 두께, 뛰어난 전도성, 우수한 열적 특성, 높은 기계적 강도, 효율적인 가스 분리 기능을 갖추고 있습니다. 이러한 특성은 전지의 전력 밀도를 향상시키는 데 도움이 됩니다. 일본의 Toyota MIRAI 연료전지 자동차는 티타늄으로 만든 분리판을 사용합니다. 또한 전해조 원가의 17%를 차지하는 가스 확산층(GDL 또는 PTL)은 고성능 산업용 등급 티타늄을 양극 모재로 사용해 최대 활성을 구현한다.
수소 연료 전지의 기본 작동 원리는 수소가 전지 양극의 촉매(백금)를 통과하여 전자와 수소 이온으로 분해되는 것과 관련됩니다. 그런 다음 수소 이온은 양성자 교환막을 통해 음극에 도달하고, 그곳에서 산소와 반응하여 물과 열을 생성합니다. 동시에 전자는 외부 회로를 통해 양극에서 음극으로 흘러 전기 에너지를 생성합니다.
간단히 말해서, 연료전지 내에서 수소와 산소가 결합하여 전기와 물을 생산합니다. 전기는 차량에 동력을 공급하는 반면 물은 차량에서 배출되는 유일한 부산물입니다.
이러한 작동 원리에서 수소 연료 전지의 중요한 장점은 세 가지입니다.
첫째, 청결함: 유일한 부산물은 물이며, 이산화탄소 배출을 방지합니다.
둘째, 안전:수소 연료전지를 구동하는 전기화학 공정은 연소 기반 시스템과 달리 자연발화나 폭발의 위험을 완화합니다.
셋째, 편의성: H수소 가스는 압축되어 운송 및 보관이 용이합니다.
수소 구동 자동차의 연료 전지는 기존 화학 배터리와 다르다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 연료전지는 연소 없이 수소와 산소의 전기화학적 반응을 촉진해 부산물로 물을 생성하고 전기에너지를 방출한다.
수소연료전지차의 전기에너지는 외부 전력망에서 에너지를 저장한 뒤 활용하는 전기자동차와 달리, 저장된 수소와 연료전지 스택 내 대기 산소의 반응을 통해 즉각적으로 생성된다. 따라서 수소 자동차의 "연료 전지"라는 이름에도 불구하고 에너지 방출 과정은 전기 자동차의 에너지 저장 과정보다 내연 기관(가솔린을 외부 산소와 반응시키는 것)과 더 유사합니다.
내연기관 자동차와 마찬가지로 수소연료전지차에서도 가장 비싼 부품은 에너지 저장장치가 아닌 에너지 생성장치이다. 양극, 음극 및 전해질). 구체적으로는 수소저장탱크라기보다는 연료전지스택이다.
수소연료전지 시스템, 특히 연료전지 스택의 비용이 상대적으로 높기 때문에 현 단계에서는 수소자동차 생산 비용이 순수 전기자동차와 기존 내연기관 자동차에 비해 높은 것으로 보고 있습니다. 이러한 비용 요소는 수소 연료 전지 자동차 산업의 발전에 큰 제약으로 남아 있습니다.
