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수소 연료전지차 구동원리
[KTB투자증권 이한준, 박일선, 전혜영, 신지윤] 수소 경제 [2020.09.17]


수소운송/저장방식
[KTB투자증권 이한준, 박일선, 전혜영, 신지윤] 수소 경제 [2020.09.17]


수소관련 업체
[유진투자증권 한병화, 이재일] 글로벌 그린뉴딜 시대 [2020.08.31]


수소연료탱크 소재 / 생산비 구성 비율
[이베스트증권 이안나] 수소차 속 화학 [2020.06.10]


수소차 원가구성 / 연로전지 스택 원가구성
[이베스트증권 이안나] 수소차 속 화학 [2020.06.10]
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    webnuri7@gmail.com Moabbs 2018

    수소 연료전지차 구동원리

    • 수소를 사용하여 발생시킨 전기에너지를 동력원으로 자동차는 자동차로서 연료전지(Fuel Cell)를 대신 사용하거나 배터리 또는 수퍼커패시터와 함께 사용하여 구동모터에 전력을 공급. 결국은 연료전지 를활용한 EV(전기차). 수소내연기관차(과거Hydrogen FuelledCombustion Engine)가 아님

    • 구동원리는 (1)공기(산소)를흡입, (2)산소와수소를 연료전지에 공급, (3)연료전지에서 화학반응으로 전기와 물 발생, (4)구동모터에 전기공급, (5)주행, (6)화학반응시 생성된 물은 차체 외부로 배출

    • 축전용 2차전지를 함께 사용. 연료전지는 출력에 한계가 있어 가속성능이 떨어지기(Nexo기준0→100㎞/h 가속시간9.2초)때문에 보조해줄 수 있는 40kW급 배터리가 탑재됨. 항속시에는 연료전지만으로 구동되며 배터리는 회생제동으로 충전

    수소운송/저장방식

    • 수소운송저장방식은크게물리적저장과화학적저장으로구분. 물리적저장방식에는고압기체저장방식, 액화수소저장방식이있음. 화학적저장은액상유기수소화물(LOHC; Liquid Organic Hydrogen Carrier), 암모니아(NH3) 방식

    • 현재국내에서대부분의수소는고압기체형태로운송/저장되고있으며, 액화수소는2023년~2025년중에유통시작될전망. 아직초기단계인액상수소기술은2030년까지실증을마치는것이목표

    수소연료탱크 소재 / 생산비 구성 비율

    수소차 원가의 약 20%를 차지하는 수소연료 탱크에서는 탄소섬유가 가장 중요한 소재이다. 수소연료 탱크 생산비 구성을 보면 탄소섬유가 약75%를 차지하고 있어 저가의 수소탱크 제작을 위해서는 탄소섬유 생산기술 보유가 필수적이다. 탄소섬유를 사용하는 이유는 수소와 같이 가볍고 불안정한 원소는 저장용기가 강하면서 동시에 높은 탄성도 필요하기 때문이다. 즉, 높은 강도와 높은 탄성을 동시에 가지고 있는 소재를 사용하면 외부의 충격을 받더라도 폭발하지 않고 살짝 찢어지면서 수소가스를 공기 중으로 날려보낼 수 있다. 탄소섬유는 강도와 탄성 물성, 그리고 2차 가공 기술에 따라서 수소충전소용과 수소차 연료탱크용이 다르기 때문에 이를 파악해야 수소차에 들어가는 기업을 알아낼 수 있다. 

    수소차 원가구성 / 연로전지 스택 원가구성

    수소차 원가에서 큰 비중을 차지하고 있는 부분은 연료전지 스택, 수소공급 시스템 중 수소연료 탱크이다. 연료전지 스택은 수소차 구성요소 중 원가 비중 약40%이다. 연료전지 스택에서 중요한 소재는 막전극접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly) 안 백금촉매와 멤브레인막(불소계, 탄화수소계), 그리고 가스확산층 (GDL)에 들어가는 탄소섬유이다. 수소연료 탱크는 수소차 원가 중 약15~20%의 비중을 차지하는 부품이다. 수소연료 탱크의 경우, 생산비의 약 75%가 탄소섬유라고 보면 된다. 



    막전극접합체(MEA) 속 메인 소재 – 백금촉매, 멤브레인막, 탄소섬유 


    수소차 원가의 약40%를 차지하는 수소 연료전지 스택은 막전극접합체(MEA, Membrane Electrode Assembly), 가스확산층(GDL, Gas Diffusion Layer), 분리판(Bipolar Plate), 가스켓(Gasket), 인클로저 등으로 구성되어 있다. 수소연료전지차도 기본적으로 전기차 이기 때문에 전기모터가 엔진 대신 사용된다. 따라서 이를 구동하는데 필요한 전기에너지 확보를 위해서 다수의 셀을 직렬으로 연결하는데 이를 스택이라고 한다. 한 개의 셀이 생산하는 전기가 약0.7V 정도 이기 때문에 1Kw 전기 생산을 위해서는 50여개의 셀이 필요하다고 보면 된다