2007년은 휴대전화용에 연료전지가 사용된다.
연료전지 자동차의 개발을 위한 다양한 노력이 경주되고 있는 가운데 1월 21일부터 일본에서는 국제연료전지세미나가 개최되었다. 우리나라 삼성도 참가한 이 세미나의 내용을 요약한다.
일본에서 개최되고 있는 국제연료전지세미나에서 일본 KDDI의 기술개발본부개발 추진실 관계자가 연료전지가 전지 불황 시대의 구세주가 될 것인가에 대해 언급했다. 이 세미나에는 휴대 캐리어를 시작으로 도시바, NEC, 삼성 등 연료전지 분야 톱 플레이어가 참가했다. 각 사의 세미나에서 휴대전화용 연료전지의 현상과 과제에 관한 다양한 의견을 제시했다.
●2007년, 휴대로 연료전지를 사용한다.
각 사가 개발하기 시작한 휴대용 연료전지는 2007년에는 실용화된다고 하는 의견이 많았다.
‘2007년은 휴대용 연료전지의 원년’이라고 말한 일본 KDDI의 관계자를 시작으로 ‘2007년은 하나의 목표일 것이다. 그 때부터 시장이 형성될 것이라고 생각하고 있다.’(NEC기초·환경연구소 매니저), ‘2007년에는 표준화되어 시장에 투입된다.(삼성첨단기술연구소 연료전지 프로그램 팀/소재기기 리서치 센터 주임 연구원)는 등의 의견이 쏟아져 나왔다.
2007년이 목표로 설정된 이유는 세 가지가 있다.
하나는 휴대전화의 소비전력이 비약적으로 커진다는 것. 일본에서는 2006년에 모바일용 지상 디지털 방송이 시작되고 세계적으로는 제 4세대 휴대전화(4G)가 시야에 들어오게 된다. ‘2007년에 4G가 도입되면 현재의 배터리로는 30분 정도밖에 통화할 수 없게된다.(삼성 AIT)’
두 번째는 소비전력 증대로 리튬 이온 배터리의 성능 향상이 따라오지 못한다는 것. ‘리튬 이온은 한계에 다달아 있다. 연료전지밖에 없다.(NEC)
그리고 세 번째는 항공기에의 메탄올 연료의 반입이 2007년에 저절로 해금될 가능성이 높아진다는 것.
기술적으로는 아직 충분하지 않지만 각 사는 실제로 작동하는 연료전지를 몇 번 공개한 적이 있고 성능의 목표도 나타나고 있다. NEC측은 ‘휴대용에서는 내구성의 요구는 중요하지 않다. 코스트도 운영비도 큰 문제는 아니다’라고 이야기해 기술적인 과제는 촉매전극과 전해질막 만이라고 보고 있다.
연료전지의 현재와 과제
연료전지의 가장 근간으로서 우선 알아야 하는 것은 연료전지는 전지라고 하지만 소위 배터리와는 다르며 일종의 발전기라고 한다는 것. 연료인 수소와 산소의 화학반응을 통해 발전이 되며 전기와 이산화탄소와 물이 나온다. 그것이 연료전지다.
‘연료전지는 전지라고 하는 것보다는 일종의 발전기(KDDI).’
‘연료전지는 리튬 이온 배터리에 비해 어느정도 오래 작동할까’하는 이야기가 있는데 연료전지의 경우 연료를 계속 공급하는 한 발전할 수 있다. 그 때문에 비교할 때에는 연료와 발전부분을 맞춘 무게와 용적을 리튬 이온과 비교하게 된다.
비교에 사용되는 단위는 두 가지. 우선 전지가 어느만큼 에너지를 축적시키는가를 에너지 밀도(소위 용량)이라고 한다. 체적당 에너지 밀도를 Wh/l, 중량당의 에너지 밀도를 Wh/kg라고 표기한다.
또 하나 전지가 어느정도 파워(W; 와트)를 가지는가를 출력밀도라고 한다. 휴대전화를 직접 작동하는데는 약 2W, 노트북 PC라면 12와트 이상이 필요하다. 출력밀도는 W/kg와 W/cm2 등으로 표기한다. 휴대전화를 작동하기 위한 2W를 얻는데 출력밀도가 적으면 전지는 크게 무거워지고 출력밀도가 올라가면 작아질 수 있는 것이다.
에너지 밀도 Wh/kg Wh/L 비중
연료전지(DMFC) ~1300 ~1300 ~1
리튬 이온 ~130 ~400 ~3
●연료전지의 종류 -자동차에서 휴대전화까지
우선은 연료전지의 현상의 발표회에서. 한 마디로 연료전지라고 해도 용도에 따라 종류는 다양하다. 연려전지의 실용화가 기대되고 있는 용도와 그 목적을 합하면 다음과 같이 정리할 수 있다.
-자동차용──클린 에너지
-가정용(코 제너레이션)──연비 향상, 자원 절약
-휴대전화기용──사용시간 연장
자동차와 가정용에 고체분자형(PEFC, PEM)등이 사용되는데 대해 휴대전화기용의 본명과 목표로 하는 것은 연료에 메탄올을 사용하는 DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)이다.
그러면 어떻게 DMFC가 주목을 끌고 있는 것일까.
연료로소는 자동차용 등에 사용되는 수소의 효율이 가장 높다. ‘수소를 연료로 사용하면(1셀당) 0.6∼0.7볼트를 발생한다. 에너지 효율이 좋다.(2004년 10월 WPC EXPO에서 강연한 도시바 배터리 에너지사업부 개발부장)
하지만 수소는 저장이 어렵다. 자동차라면 봄베가 사용되는데 휴대기기에서는 문제가 있다는 얘기이다. 그래서 부상한 것이 메탄올이다. 이론상은 메탄올에서도 1.2볼트의 전기가 발생되지만 현실적으로는 0.3∼0.4볼트로 수소를 밑돈다.
그래도 용기에 맞는 중량당 에너지 밀도에 비교하면 메탄올의 농도가 60∼100%로 되면 수소보다는 훨씬 큰 에너지밀도로 된다.
게다가 액체인 메탄올은 아래와 같은 특징을 갖고 있다.
-액체연료는 셀과 분리가능. 기기의 간걱에 수납가능
-연료주입에 따라 순식간에 사용 가능
장시간 작동과 함께 이런 이유로 메탄올은 휴대기기용으로 사용이 기대되고 있는 것이다.
채영석(charleychae@carisyou.com)
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