• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1994년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.17-22
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• 1994

오류역전파 신경망을 인산형 연료전지의 조업변수인 산소 및 수소 유량, 작동온도에 대하여 학습시켜 연료전지 모델을 구성하였다. 또한 구성된 모델을 이용하여 다양한 조업조건에서의 단위전지 성능을 예측하여 이를 실험결과와 비교하였으며, 학습된 신경망을 ASPEN PLUS의 단위공정으로 도입하여 50kW 출력의 연료전지 공정을 구성한 후 조업변수에 대한 영향을 살펴보았다. 3개의 층으로 구성된 오류역전파 신경망은 학습단계상수와 모멘텀이 각각 0.7 및 0.9인 경우 단위전지 성능곡선을 가장 정확히 학습하였으며, 이에 의하여 구성된 신경망 모델은 수소 및 산소의 유량, 온도의 변화에 따른 단위전지 성능곡선의 변화를 정확히 예측하였다. 연료전지 전체공정의 모사에서는 개질기의 경우 $600^{\circ}C$의 상압에서 수증기/탄화수소 비율이 2.6일 때, 연료전지의 경우 작동온도가 190~20$0^{\circ}C$일 때 연료전지의 출력이 최대값을 나타내었으며, 단위전지의 전기화학적 효율은 약 45%, 수소이용률은 약 61%, 발전시스템 전체의 효율은 18%이었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권7호
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• pp.627-633
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• 2011

연료전지 무인기 탑재용 수소발생기의 온도환경변화에 따른 성능평가를 수행하였다. 수소 저장 및 발생을 위해 화학수소화물 중 수소함량이 높고 저장성이 우수한 수소화붕소나트륨($NaBH_4$)을 연료로 사용하였으며, 촉매를 이용한 가수분해반응을 통해 수소를 발생하였다. 수소발생기의 온도환경변화를 위한 저온 및 고온 챔버를 각각 준비하였으며, 온도범위는 $-20^{\circ}C$에서 $60^{\circ}C$까지 $20^{\circ}C$의 간격으로 설정하였다. 20과 25wt.%의 $NaBH_4$ 용액 농도에서 수소발생기의 수소발생률과 반응기와 분리기의 온도변화를 측정하였다. 수소 발생률은 반응주기가 반복될수록 감소하였으며, 저온 환경에서는 높은 수소발생률을 보였지만, 고온 환경에서는 수소발생률이 급격히 감소하였다. 수소발생률의 감소는 촉매유실과 촉매표면의 $NaBO_2$ 도포가 원인으로 확인되었다.

• 공업화학전망
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• 제24권3호
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• pp.14-27
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• 2021

수소 에너지는 환경 문제를 최소화하고 고갈되는 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 각광을 받고 있다. 수소연료전지는 이러한 수소를 에너지원으로 사용하고 수소를 전기에너지로 전환하여 그 부산물로 물을 만드는 대표적인 친환경 전기화학 장치이다. 고분자 전해질막 연료전지는 수소이온교환 특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로 막전극집합체의 전극층은 촉매가 포함된 고분자 전해질막 연료전지의 주요 요소 중의 하나이다. 소재개발 측면에서 고분자 전해질막 연료전지 전극층 핵심 소재의 물성 발현 원리 등을 이해하고 최적화된 소재 설계를 위해서는 원자레벨에서의 소재 설계 접근법이 필요하다. 따라서 실험적인 연구가 어려운 부분과 원자단위에서의 물질 현상에 대한 이해 그리고 연구 개발의 효율성 증진을 위해 전산재료과학(computational materials science) 기술이 광범위하게 활용될 수 있다. 본 기고문에서는 고분자 전해질막 연료전지에서의 전극층 소재에 대한 분자동역학 기반의 전산모사 활용과 연구동향에 대하여 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.59-62
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• 2007

연료전지는 수소를 이용하여 전기를 생산하는 발전 시스템으로 운전 중 수소 누출과 폭발의 위험성을 항상 수반하고 있다. 따라서 안전성의 확보를 위해 연료전지 시스템 내부에서 수소 누출 시 유e동 특성으로 인한 특정 부근 농도 정체와 환기의 영향을 파악하는 것이 필요하다. 실험 장치와 전산유체역학 프로그램을 사용하여 챔버 내 수소의 유통 특성과 환기구에 따른 환기의 영향을 확인하였다. 수소의 누출 속도와 양에 따라 유동장의 형태는 크게 변하였으며 환기구의 위치와 크기는 특정 부근의 농도정체와 챔버 내 전체적인 수소 농도에 영향을 미침으로서 안정성을 확보하는 중요한 인자임을 알 수 있었다. 예측 결과를 실제 실험 모델과 비교하여 그 타당성을 검토하였으며 차후 가정용 연료전지 모듈의 환기구 설계에 적용할 수 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.15.2-15.2
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• 2005

• 기계저널
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• 제53권4호
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• pp.38-43
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• 2013

이 글에서는 수소 연료전지차, 우주개발용 로켓추진체의 연료공급기술로 활용이 예상되는 수소액화 기술 및 영하 253도의 극저온 액체수소의 저장기술에 대해 살펴보고 액화사이클 및 극저온 액화수소 저장용기로의 열침입을 차단하기 위한 다양한 단열기술에 대해 기술한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권3호
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• pp.331-343
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• 2005

연료전지와 수소를 사용하는 연료전지 자동차의 상용화를 위해서는 수소 공급용 수소 스테이션(hydrogen station)의 개발이 중요한 핵심 기반기술이다. 일반적으로 수소 스테이션은 탈황반응, 개질반응(reforming), 수성가스전환(WGS) 반응 및 수소분리(PSA) 장치로 구성된 수소제조 공정과 압축, 저장 및 분배 장치로 구성된 후처리(post-treatment) 공정으로 구성되어 있다. 본 총설에서는 수소 경제(hydrogen economy) 사회로의 진입을 위해 국내외에서 연구개발 중인 수소 스테이션에 대한 연구 개발 동향과 전망을 고찰하였다. 그리고 향후 풍력 및 태양열 등 재생 가능 에너지(renewable energy)원으로부터 물의 분해에 의한 수소제조 기술이 확립되기 전까지는 화석연료의 개질 반응이 수소를 제조하는 핵심기술이 될 것으로 판단된다. 따라서 화석연료의 탈황반응, 화석연료의 개질 반응에 의한 수소제조, CO 농도 저감을 위한 수성가스 전환반응 및 수소의 분리기술 등 수소 스테이션의 상용화에 필수적인 단위공정개발에 대한 최근의 연구동향을 정리하였다.

• 에너지공학
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• 제23권3호
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• pp.132-145
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• 2014

수소연료전지자동차(FCV)의 냉온기동, 가속, 주행성능, 수소연료충전시간, 및 항속거리 등의 기술 항목들은 2015-2020년경의 수요자요구를 충족하는 것으로 보인다. 그러나 짧은 내구성, 높은 가격 및 부족한 수소공급인프라 등은 본격적인 FCV 상용화를 위하여 극복해야 할 과제이다. 가격저감 및 내구성 향상 등 연료전지자동차의 상용화를 위하여 개발되고 있는 기술과제들을 중심으로 수소연료전지자동차의 기술동향을 분석한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• 월간 기계설비
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• 통권225호
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• pp.67-78
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• 2009

전 세계적으로 수소연료전지에 대한 관심이 집중되고 있다. 이미 미국, 일본, 캐나다 등 선진국에서는 수송용, 가정 상업용, 휴대용 등 다양한 용도의 연료전지 기술개발 및 보급에 나서고 있다. 우리나라는 아직 연구개발 및 실증단계에 머물러 있다. 정부는 2012년까지 연료전지 자동차 3,200대, 가정용 1만기, 상업용 2,000기, 분산전원용 300기를 보급하다는 목표로 연료전지 보급을 추진하고 있다. 연료전지 전문가들은 이러한 보급을 통해 급속한 가격인하가 예상돼 경쟁력 있는 기술과 상품으로 거듭날 것으로 전망하고 있다. 특히 동양건설산업이 세계 최초로 경기도 남양주에 연료전지 공동주택을 2010년 준공할 예정이어서 건설업계의 연료전지 주택 보급 활성화의 계기가 될 것으로 예상된다. 연료전지 자동차의 경우 수소충전소가 필요하다. 이러한 점에서 중장기적으로 수소충전소 설비 건설 분야가 설비건설업계의 새로운 시장이 될 가능성을 기대해볼 수 있다. 이번 호에서는 연료전지 기술 및 동향, 시공사례를 살펴본다.