수소연료전지는 전기자동차의 미래일까?

북미 지역의 배터리 전기차(BEV) 채택이 난관에 부딪힌 것으로 보인다. 와 함께 낮은 재판매 가치, 비싼 수리 비용및 낙후된 인프라, 판매가 둔화되었습니다 – 눈에 띄게. Hertz와 같은 대규모 렌트 회사에서 결정을 번복한 경우도 있었습니다. 함대에서 EV의 상당 부분을 하역합니다., 내연기관(ICE) 제품으로 돌아갑니다.

이것이 사실일 수도 있지만, ICE처럼 유비쿼터스적인 것에서 벗어나 원활하게 전환할 것이라고 생각하는 것은 미친 짓입니다. 항상 좌절이 있을 것이고, EV의 장점을 둘러싼 유효한 질문이 항상 제기될 것입니다.

결론적으로, 전기차로의 전환은 소수의 바람일 뿐만 아니라 기후 변화 대응을 위한 많은 사람들의 필요이기도 합니다. 하지만 현세대 전기차가 이러한 과제를 감당하지 못한다면, 우리는 어떤 다른 대안을 가지고 있을까요? 많은 사람들에게 그 해답은 오랫동안 고민해 왔고 최근 중요한 발전을 이룬 수소전기차(HEV)입니다.

수소연료전지의 내구성 향상

최근에 공부¹하버드대학교와 인천대학교 과학자들로 구성된 공동 연구팀은 내구성과 수명을 모두 향상시킬 수 있는 수소 연료전지를 만드는 새로운 접근 방식을 자세히 설명했습니다.

보다 구체적으로, 이 연구는 다음의 개발을 보았습니다. "나피온과 퍼플루오로폴리에테르(PFPE)의 상호 침투 네트워크로 구성된 내피로성 전해질 막의 범주입니다." 이를 사용하면, 연료전지를 정기적으로 사용하는 동안 발생하는 응력 균열로 나타나는 전형적인 피로가 크게 줄어들 수 있는 것으로 나타났습니다.

이 연구에서는 연료전지 내의 전해질막에 이 물질을 통합함으로써 연료전지의 성능을 향상시키는 것으로 나타났습니다. “… 피로 한계치가 175% 증가하고 연료전지 수명이 1.7배 연장됩니다. 또한, 수정되지 않은 Nafion 막은 다음과 같은 수명을 나타냅니다. 242시간인 반면, 복합막은 410시간의 수명을 갖는 것으로 관찰됐다.”

연구팀은 이 소재의 도입으로 연료 전지의 성능이 다소 저하되었다고 지적했지만, 내구성/수명의 놀라운 향상은 분명 가치 있는 대가입니다. 앞으로 수소 연료 전지가 전기차 분야에서 배터리 팩을 대체할 것으로 예상되면, 이러한 발전이 반드시 이루어져야 합니다. 하지만 최고의 기술이 항상 승리하는 것은 아니라는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 선점자의 이점은 분명하며, 최근 시장 침체에도 불구하고 배터리 구동 전기차는 분명히 선두를 달리고 있습니다.

수소 전기 자동차(HEV)란 무엇입니까?

전기 자동차는 연소하는 연료로 구동되는 엔진이 아닌 전기로 구동되는 모터에 의존하는 자동차입니다. 현재로서는 대다수의 전기 자동차가 무거운 배터리 팩을 사용하여 이러한 모터에 전력을 공급하기 위해 전기를 저장하고 전달합니다. 언급한 바와 같이, 주목을 받고 있는 것으로 보이는 EV에 대한 또 다른 접근 방식은 수소 연료 전지입니다.

연료 전지 전기 자동차(FCEV)라고도 불리는 수소 전기 자동차(HEV)에서 모터에 전력을 공급하는 데 필요한 전기는 액체 또는 압축 가스로 저장된 수소가 양성자로 분리되는 전기화학 반응을 통해 제공됩니다. 그리고 전자. 전체 프로세스는 다음과 같이 작동합니다.

1. 고압 탱크에 저장된 수소는 필요에 따라 연료전지로 방출됩니다.
2. 연료전지에 유입된 수소는 양성자와 전자로 분리됩니다.
3. 전자는 모터에 동력을 공급하는 데 사용되며, 모터는 바퀴를 구동합니다.
4. 양성자는 공기 중의 산소와 결합하여 열과 수증기라는 두 가지 부산물을 생성합니다.

흥미롭게도 일부 하이브리드 HEV는 더 작은 배터리 팩을 사용하여 회생 제동을 통해 손실된 에너지를 포착하고 두 가지 장점을 모두 결합합니다.

수소의 매력은 무엇인가?

HEV의 매력은 다양하지만 상당하며, 배터리 구동 EV도 마찬가지입니다. 따라서 배터리 구동 변형이 현재 시장을 지배하고 있지만 결코 승리하는 접근 방식을 선언한 것은 아닙니다. 실제로 다음 각 요소는 HEV가 어떤 면에서 우수하다는 점을 나타냅니다.

생성 및 저장: 배터리 팩은 일반적으로 지구를 파괴하는 대규모 침입 채굴 작업에서 수집된 재료로 구성되어 있어 배터리 팩의 사용이 환경에 좋다는 전제를 약화시킵니다. 반면에 수소는 지속 가능한 전기분해와 같은 수단을 통해 포획할 수 있으며 잠재적으로 자연적으로 발생하는 매장량.

더욱이, 수소는 쉽게 액체로 압축되어 문제 없이 대량으로 운반될 수 있습니다. 생성 시점부터 전송선이 필요하지 않으므로 프로세스가 더욱 유연해집니다.

성능 : 성능 측면에서는 HEV와 BEV 사이에 큰 차이가 없다. 두 가지 유형의 차량 모두 모터를 사용하여 구동휠에 동력을 공급합니다. 즉, 둘 다 기술과 동의어인 즉각적인 토크와 출력의 이점을 누릴 수 있습니다.

배출량 : 배출 측면에서는 수소가 더 좋습니다. 이는 기술적으로는 2차 방출기이지만 배기관에서 나오는 수증기만 관련됩니다. 반면 BEV는 배기가스 배출이 전혀 없습니다. 수소가 차별화되는 부분은 제조 과정입니다. 수소가 사용하지 않는 배터리 팩을 만드는 데는 광범위한 채굴이 필요하고 그 과정에서 지구가 손상되기 때문입니다.

급유: 연료 보급은 최종 사용자가 정기적으로 직접 처리하는 요소이기 때문에 수소의 가장 큰 매력 중 하나입니다. BEV는 일반적으로 긴 충전 시간과 전문 인프라가 필요한 반면, HEV는 일반 휘발유/디젤 차량만큼 빠르게 주유할 수 있습니다.

범위 : 배터리 기술이 발전하고 있지만 BEV가 기존 ICE와 동일한 주행 거리를 자랑하려면 대용량 배터리 팩이 필요합니다. 이로 인해 충전 시간이 길어지고 환경에 더 많은 영향을 미치며 무게로 인한 효율성 손실이 발생합니다. 반면에 수소는 일반적으로 ICE와 동등한 범위 수치를 자랑하며 범위에 대한 불안을 방정식에서 완전히 제거합니다.

추운 기후 : BEV 소유자를 괴롭히는 주행거리 불안의 일부는 이 지역으로 귀결됩니다. BEV에 이상적인 기후 조건을 갖춘 곳은 거의 없기 때문에 많은 고객의 주행 가능 거리가 크게 줄어듭니다. 수소는 추운 날씨에 어느 정도 범위를 잃기는 하지만 그다지 극적인 수준은 아니므로 많은 사람들에게 더 매력적인 옵션이 됩니다.

보시다시피 HEV가 배터리 팩 변형을 능가할 수 있는 다양한 중요한 영역이 있습니다. 지연되기 시작하는 부분은 복잡성, 기존 연료 보급 인프라 개조의 필요성, 전고체 배터리의 잠재적 출현 등입니다.

수소 솔루션을 개발하는 업계 플레이어

전기차 산업은 현재 몇 가지 난관을 겪고 있을 수 있지만, 전기차가 교통수단의 미래라는 점은 분명합니다. 하지만 전기차가 어떤 형태를 취할지는 불분명합니다. 배터리로 구동될까요? 아니면 수소 연료 전지에 의존할까요? 다음 두 회사는 후자에 기대를 걸고 있으며 이미 그러한 미래를 위한 계획을 시작했습니다.

*아래 제공된 수치는 작성 당시 정확했으며 변경될 수 있습니다. 모든 잠재적 투자자는 지표를 확인해야 합니다*

1. 도요타

세계 최대 자동차 제조업체인 토요타가 HEV 분야에 진출한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 흥미롭게도, 토요타는 전고체 배터리 솔루션을 적극적으로 개발하면서도 현재의 배터리 전기차에는 반발해 왔습니다. 오히려 토요타는 HEV는 물론 수소 연소 엔진에 더 밝은 미래가 있다고 확신한다는 입장을 밝혔습니다.

특히, 토요타는 1992년에 HEV 기술 개발을 시작하여 5분 연료 공급, 650km 주행, 유해 배출 가스 제로를 자랑하는 세단 '미라이'를 출시했습니다.

2. 플러그 전원

(PLUG )

1997년에 설립되어 뉴욕주 레이섬에 본사를 두고 있는 Plug Power Inc.는 여전히 수소 연료 전지 기술 발전의 핵심 역할을 하고 있습니다. 특히 Plug Power는 자동차와 트럭에만 초점을 맞추지 않습니다. 이 회사는 전기 모터를 활용하는 소규모 설치를 위한 시스템을 설계하고 제조합니다.

최근 몇 년 동안 플러그 파워는 자재 취급용 연료 전지를 넘어 더 넓은 시장으로 사업을 확장해 왔습니다. 여기에는 고정형 전력 시스템, 배송 차량, 그리고 항공 분야의 잠재적 응용 분야까지 포함됩니다. 유나이티드 하이드로젠(United Hydrogen)과 지너 ELX(Giner ELX)와 같은 전략적 인수를 통해 수소 생산, 액화, 유통 분야의 역량을 강화함으로써 수소 경제에서 입지를 더욱 강화했습니다.

마지막 말

배터리 EV가 걸림돌이 되면서 잠재적인 대안에 더 많은 초점이 맞춰지고 있습니다. 현재로서는 수소 솔루션이 선두에 있으며, 언뜻 보기에는 이 기술을 무시하기 쉬울 수도 있지만, 수소를 추진하는 것은 토요타만이 아니라는 점을 기억하십시오. Honda, GM, Hyundai 등과 같은 기업과의 파트너십 및 수소 솔루션 개발이 이미 존재합니다.

지속 가능한 방식으로 공급되는 수소에 대한 접근성이 매일 증가함에 따라 EV의 미래는 많은 사람들이 인식하는 것과 약간 다르게 보일 수 있습니다.

참고 연구:

^{1. 김연아, 장정희, 임현수, 장원우, 김동영, 이원영, 최원우, 김동주, 이선희, 정성경, 박정희, 박수진, 김정연 (2024). 내구성 고분자 전해질 연료전지용 피로저항성 전해질막. 첨단소재, 36(24), 2308288. https://doi.org/10.1002/adma.202308288}