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• 『연료전지공학』은 고분자전해질 연료전지를 중심으로 연료전지에 대한 기본적이고 공통적인 사항들을 탐구한 책이다. 다양한 연료전지들에 대한 기본적인 원리들을 소개하고 있으며 MATLAB을 이용한 연료전지의 일부 모델링 기법들도 다루고 있다.
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• 이 책은 고분자전해질 연료전지를 중심으로 연료전지에 대한 기본적이고 공통적인 사항들을 탐구하고 있다. 다양한 연료전지들에 대한 기본적인 원리들을 소개하고 있으며 MATLAB을 이용한 연료전지의 일부 모델링 기법들도 다루고 있다. 이 책은 독자들에게 어떤 특정 연료장치 장치나 연료전지 시스템의 세부적인 디자인을 제시하여 주지는 않지만 보다 전문적인 문헌들의 이해를 가능케 하기 위한 기본적인 정보를 제공하여 줄 것으로 기대한다.
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• 제1장 전지란 무엇인가? 1.1 서론 1 1.2 전지의 용량 2 1.3 전지화학 5 1.3.2 이차전지 9 제2장 연료전지 개요 2.1 연료전지의 역사 21 2.2 전지 포텐셜 25 2.3 볼타(Volta) 전지 28 2.4 연료전지의 분류 32 2.4.1 운전온도 33 2.4.2 전해질의 상태 34 2.4.3 연료의 형태 34 2.4.4 전해질의 화학적 성질 35 2.4.5 대표적인 연료전지의 특성 36 2.5 연료전지 반응 39 2.5.1 알칼리 전해질 40 2.5.2 산 전해질 40 2.5.3 용융탄산염 전해질 41 2.5.4 세라믹 전해질 41 2.5.5 메탄올 연료전지 42 2.5.6 포름산 연료전지 42 2.6 연료전지의 구조 42 2.6.1 초기 연료전지(KOH) 44 2.6.2 인산 연료전지(PAFCs) 45 2.6.3 용융탄산염 연료전지(MCFCs) 48 2.6.4 세라믹 연료전지(SOFCs) 49 2.6.5 고체-고분자 전해질 연료전지 61 2.6.6 직접 메탄올 연료전지(DMFCs) 69 2.6.7 직접 포름산 연료전지(DFAFCs) 71 2.6.8 고체산 연료전지(SAFCs) 72 2.6.9 금속 연료전지 - 아연-공기 연료전지 73 2.7 연료전지의 모델링 74 2.7.1 연료전지 모델의 특성 74 2.7.2 수학적 모델의 생성 77 제3장 연료전지 열역학 3.1... 연소열 81 3.2 자유에너지 83 3.3 가역 연료전지의 효율 87 3.4 반응의 엔탈피 및 자유에너지 변화에 대한 압력과 온도의 영향 88 3.4.1 온도에 대한 엔탈피의 의존성 88 3.4.2 압력에 대한 엔탈피의 의존성 95 3.4.3 온도에 대한 자유에너지의 의존성 95 3.4.4 압력에 대한 자유에너지의 의존성 103 3.4.5 Nernst 방정식 105 3.4.6 온도에 대한 전압의 의존성 106 3.5 실제 연료전지의 성능 108 3.5.1 연료전지에 의해 생성되는 전류 108 3.5.2 실제 연료전지의 효율 109 3.5.3 연료전지의 특성 110 3.5.4 열린회로 전압 121 3.5.5 반응 동역학 122 3.5.6 Butler-Volmer 방정식 127 3.5.7 전달손실 132 3.5.8 연료전지에 의한 열의 소산 135 제4장 고분자전해질 연료전지 4.1 서론 145 4.2 고분자전해질 연료전지의 구성 146 4.2.1 단위전지의 구성 146 4.2.2 전해질 147 4.2.3 이온의 전도 148 4.2.4 전하이동에 의한 전압손실 157 4.3 양자 교환구조의 특성 166 4.3.1 양자 교환막의 물리적 특성 167 4.3.2 양자교환 모델의 형태 168 4.3.3 양자교환 막 모델의 보기 174 제5장 연료전지 이동현상 5.1 서 론 189 5.2 연료전지 물질수지 190 5.3 채널로부터 전극으로의 대류 물질전달 199 5.4 전극에서의 확산 물질전달 201 5.5 흐름장 판에서의 대류 물질전달 205 5.6 물질전달 모델의 형태 210 5.6.1 Fick의 법칙 210 5.6.2 Stefan-Maxwell 방정식 211 5.6.3 Dusty 기체모델 211 5.7 연료전지 열전달 214 5.7.1 열전달의 기초 214 5.8 연료전지 에너지 수지 219 5.8.1 일반적인 에너지 수지 과정 219 5.8.2 연료전지 스택의 에너지 수지 220 5.8.3 연료전지에 대한 일반적인 에너지 수지 221 5.8.4 노드 네트? 225 5.8.5 평판에서의 전이 열전도 226 5.8.6 연료전지 층에 대한 에너지 수지 232 5.9 연료전지 열 운용 246 5.9.1 공기 냉각 246 5.9.2 가장자리 냉각 251 제6장 연료전지의 적용 6.1 가정용 연료전지 253 6.1.1 가정용 연료전지시스템의 장점 255 6.1.2 가정용 연료전지시스템의 요소부품 257 6.1.3 가정용 연료전지의 개발현황 258 6.2 휴대용 연료전지 264 6.3 자동차용 발전기 278 제7장 수소의 제조와 저장 7.1 개 요 283 7.2 수소의 화학적 생산 286 7.2.1 배경 286 7.2.2 금속-물 수소 생산 287 7.2.3 대규모의 수소 생산 289 7.2.4 수소의 정제 294 7.2.5 간결한 연료처리 장치 298 7.3 전해 수소 303 7.3.1 서론 303 7.3.2 전해조의 구성 304 7.3.3 전해조의 효율 307 7.3.4 농도차 전해조 310 7.3.5 전해수소 압축 312 7.4 열분해 수소 314 7.4.1 물의 직접적인 전리 314 7.4.2 물의 화학적 분해 322 7.5 광분해 수소 324 7.5.1 개론 324 7.5.2 태양광 분해 325 7.6 광생물학적 수소 생산 329 7.7 수소 저장 331 7.7.1 압축 기체 332 7.7.2 극저온 수소 334 7.7.3 흡착에 의한 수소의 저장 336 7.7.4 화학적 화합물에서의 수소 저장 337 부록 361 찾아보기 375
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• 동력공급을 위한 화석연료의 사용에 의하여 심각한 오염, 지구 자원의 무분별한 채취, 그리고 자원이 풍부한 국가들의 정치적 우월권과 통제문제가 야기되어 왔다. 이에 따라 에너지 효율이 좋고 오염물질 배출이 적으며 연료의 무제한적인 공급이 가능한 새로운 동력원이 요구되고 있다. 과거 십여 년에 걸쳐 연료전지에 대한 관심이 꾸준히 증대하여 왔으며 연료전지는 점차적으로 환경오염을 유발시키지 않는 미래의 에너지원으로 정착되어가고 있다. 오늘날 연료전지는 상용화에 더욱 가까워졌으며 효율성과 환경에 대한 기대를 만족시키면서 동력 수요를 충분히 충족시킬 수 있는 가능성이 있다. 연료전지 발전기술은 탄화수소 계열의 연료에 포함된 수소와 공기 중의 산소를 전기화학적인 방법으로 반응시켜서 직접적으로 전기를 생산하면서 부수적으로 반응열도 생성한다. 따라서 연료전지 발전에서 반응열까지 회수하면 총 효율 80% 이상의 고효율 발전이 가능하게 됨은 물론 연소과정이 없어서 환경오염 물질의 배출이 아주 적다는 큰 장점이 있다. 또한 연료전지는 탄화수소계열의 연료, 즉 LNG, 메탄올, 석탄가스 등 연료의 선택 폭이 매우 다양하며 동력 수요지 내에 설치가 용이한 점도 장점이 된다. 고분자전해질(PEM) 연료전지는 가장 보편적인 형태의 연료전지이며 수소를 연료로 사용하고 있다. PEM 연료전지는 또한 수소로부터 에탄올 및 생체물질에서 추출된 연료에 이르기까지 많은 다른 연료들을 사용할 수 있다. 이러한 연료들은 연료전지에 직접 주입하거나 혹은 재생기로 보낸 다음 순수한 수소를 추출하여 연료전지로 공급하기도 한다. 에너지로의 사용을 위한 화석연료는 이제 충분한 사용이 가능할 정도로 많이 남아있지는 않다. 연료 사용구조를 바꾸는 것은 비용이 많이 소요될 것이지만 필요하게 될 때 새로운 구조가 구축될 수 있도록 요구되는 단계들을 취해 두어야 한다. 하룻밤 새에 새로운 경제구조로 전환되는 것은 불가능하므로 변화는 천천히 시작되어야 하며 국가와 대규모 기업체들에 의하여 유발되어야 한다. 화석연료를 직접 사용하는 대신 연료전지에 직접 주입할 수 있는 수소를 제공하여 주는 중간 전이단계의 연료로 이용할 수 있다. 새로운 경제구조로의 전환이 시작된 후에는 수소는 바이오매스, 핵 에너지, 그리고 물과 같은 청정 에너지원으로부터 얻을 수 있다.
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• 이성철 [저]

• [저서]
  연료전지공학

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