수소연료전지 원리

수소연료전지는 간단히 세 부분으로 나눌 수 있다. 수소가 들어가는 양극판(Anode)과 공기가 들어가는 음극판(Cathode), 그리고 그 두 판 사이를 채우는 전해질이다. 재료만 다를 뿐 보통의 전지 구조와 흡사하다.

양극에선 수소가 이온화되며 전자를 내놓는다. 이 전자는 중간의 전해질을 통해 음극으로 이동하고 그곳에서 공기와 반응해 물을 만든다. 전자가 이동하는 과정에서 우리가 얻고자 하는 전기에너지가 발생한다. 수소와 공기가 반응해 물이 생성되는 이 반응은 발열반응이어서 열과 물을 ‘덤’으로 얻을 수 있다. 우주선에선 수소연료전지를 이용해 전기에너지뿐 아니라 식수와 온수를 얻기도 한다.

수소연료전지는 원료와 산출물이 모두 친환경적이라는 데 가장 큰 이점이 있다.

하지만 자연환경에 수소가 그 자체로 존재하진 않기 때문에 순수한 수소분자를 얻기 위해 수소화합물을 이용한다. 현재는 탄소와 수소의 화합물인 화석연료를 분해해 수소를 생산하고 있다. 이 때문에 지금의 수소연료전지는 100% 친환경적이라고 말할 순 없다. 그러나 수소를 물에서 끌어내는 기술이 연구되고 있고 그렇게 되면 화석연료를 통하지 않고도 수소를 무한대로 얻을 수 있다.

수소연료전지의 또다른 장점은 효율이 높다는 것이다.

화석연료를 태워 물을 끓이고 그 수증기를 이용해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 지금의 방식은 화학에너지가 열에너지, 운동에너지를 거쳐 전기에너지로 변환되므로 에너지 효율이 낮은 데 비해 수소연료전지는 단 한 번의 반응식으로 전기가 생산되기 때문에 고효율이라는 장점이 있다.

우리가 실재 사용하는 수소연료전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된 하나의 단위전지가 여러 개 겹쳐진 적충구조를 이루고 있다. 전류는 단위전지 면적에 따라 전압은 쌓아올려진 단위전지 개수에 따라 조절되므로 수소연료전지는 전력을 자유자재로 결정할 수 있다는 장점도 있다.

/[e-mail] 이은우기자