고체산화물 연료전지(SOFC) 정책 및 시장과 개발 업체 동향, 기술현황과 사업아이템

제 1장. 서론

제 2장. 정책 및 시장 방향
1. 국내 4
(1) 신재생에너지 표준화 및 인증 지원 사업 4
(2) 청정에너지 연구개발 공공투자 확대 계획 5
2. 해외 7
2.1 미국 7
(1) SECA & EERE 7
(2) 태양열 및 전기자동차 정책 9
2.2 영국 11
2.3 유럽 13
(1) DEMOSOFC 14
(2) RAMSES 15
(3) European SOFC & Soe Forum 16
2.4 일본 17
(1) 수소사회 프로젝트 17
(2) 2016 Asian SOFC Symposium 19
2.5 중국 20
(1) 13.5규획 20
(2) 에너지기술혁신 행동계획 & 에너지기술혁명 핵심 혁신 행동노선 21

제 3장. SOFC 개발업체 동향
1. 국내 23
1.1 포스텍 23
1.2 미코 24
1.3 기타 기업 및 포럼 27
2. 해외 28
2.1 미국 28
(1)Bloom Energy 28
(2) Atrex Energy 32
2.2 영국 36
(1) Ceres Power Holdings 36
(2) Delphi 38
2.3 유럽 41
(1) Hexis 41
(2) Elcogen 43
2.4 일본 45
(1) Nissan 45
(2) NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization) 50
2.5 기타 해외 기업 53

제 4장. 국내 SOFC 기술 현황
1. SOFC 활동 온도 57
2. SOFC 소결 온도 58
3. Nanostructured Anode-Supported SOFC 59
4. 멀티스케일 아키텍쳐 박막 SOFC 61
5. 세라믹 전해질 기반 고온 가역연료전지(SORFC) 핵심 원천 기술 개발 63
6. 박막공정 기반 고체산화물 연료전지 공기극의 64

제 5장. SOFC 사업화 아이템
1. 드론 67
2. 보일러 70
3. 자동차 74
4. 전기 자전거(E-Bike) 77
5. 전기 스쿠터 & 오토바이 79
6. 보조전원용 SOFC 81

제 6장. 결론

부록

연료전지에 대한 이해
1. 연료전지의 종류 및 특징 88
2. 연료전지 개발의 필요성 90
3. 연료전지 개발 분야 91

연료전지 개발 현황
1. 기술 개요 92
1.1 연료전지 개괄 92
1.2 연료전지 시스템 93
2. SOFC (고체산화물 연료전지) 94
2.1 SOFC 스택(Stack) 94
2.2 저온 SOFC 97
3. PEMFC (고분자전해질 연료전지) 100
3.1 PEMFC 요소기술 101
가) MEA 101
나) 전해질막 101
다) 촉매 104
3.2 고온 PEMFC (HT-PEMFC) 106

목표 시장 분석
1. UAV(Unmanned Aerial Vehicle, 무인항공기) 110
2. UUV(Unmanned Underwater Vehicle, 무인잠수정) 113
3. 로봇 115
4. 독립형 감시 및 제어용 전원시스템 117
5. FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle, 연료전지자동차) 118

용어설명집
1. 연료전지의 구성 요소 124
2. 스택(Stack)의 구성 요소 125
3. 셀(Cell)의 구성 요소 125
4. 박막 나노기술 126
5. PEMFC(고분자 전해질 연료 전지) 126
6. 막 전극 접합체(Membrane Electrode Assemblies, MEA)의 구성 요소 127
7. PEMFC의 종류 128
8. 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) 129
9. 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 129
10. 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) 130
11. 알카라인 연료전지(Alkaline Fuel Cell, AFC) 130
12. 기타 용어 설명 131

특허 133

참고문헌 136

표 차례
표-1. 신재생에너지 표준화 및 인증 지원 사업 4
표-2. 청정에너지기술 범위 6
표-3. 일본 대표 기업제품 17
표-4. 미코 기업이 자체개발한 SOFC 26
표-5. ICR18650-22P 과 ICR18650-29E 성능 77
표-6. 삼성 SDI의 48.0V,9.0Ah 팩 성능 79
표-7. 전기 휠체어 리튬 배터리 팩 36V 20Ah 성능 79
표-8. 연료전지의 종류 및 특징 88
표-9. SOFC 나노소재 관련기술 이슈 99
표-10. LT-PEMFC와 HT-PEMFC의 비교 108
표-11. Hubo 로봇 하드웨어 및 전원부 구성 115
표-12. 분야별 전체 시장 규모 및 연료전지 적용 스펙 117
표-13. EV / ECEV 특징 비교 119
표-14. 차량별 주행거리 비교 120
표-15. EV / ECEV 가격 비교 120
표-16. 내연기관, 하이브리드, 연료전지 자동차의 효율 비교 121
표-17. LT-PEMFC와 HT-PEMFC의 비교 128

그림 차례
그림-1. SOFC 시장 동향 1
그림-2. DOE 수소 및 연료 전지 예산 7
그림-3. EERE 수소 및 연료 전지 예산 8
그림-4. SECA 수소 및 연료 전지 예산 8
그림-5. 영국의 CCC가 추천하는 탄소정책 예산과 목표 12
그림-6. 유럽의 1850-2013까지 연평균 기온 편차 13
그림-7. 유럽 연간 온실가스 배출량 14
그림-8. 금속지지체 SOFC(MSC) 구성 15
그림-9. 일본 정부의 수소 사회 만들기 프로그램 17
그림-10. 중국제조 2025 영역별 목표 20
그림-11. STS 소재 적용 연료전지 23
그림-12. 미코 SOFC 개발 과정 24
그림-13. ES5 Energy Server (자료: Bloom Energy) 28
그림-14. 블룸 에너지 기업 가치 29
그림-15. Bloom Energy's 500kW green fuel cell 30
그림-16. 블룸 에너지 서버 셀의 작동 원리 31
그림-17. 블룸 에너지 500kW Green Fuel Cell 작동 원리 31
그림-18. 유형별 500-watt 사용 요금 33
그림-19. SOFC 연료 가격과 효율성 33
그림-20. 원통형 SOFC의 작동 원리 34
그림-21. Steel Cell 구성 요소 36
그림-22. Steel Cell 작동 방법 37
그림-23. Delphi Solid Oxide Fuel Cell Stack 39
그림-24. Galileo 1000 N CHP 효율성 41
그림-25. Galileo 1000 N Data 42
그림-26. Elcogen Stack 43
그림-27. Elcogen Technical Data 43
그림-28. 바이오 시스템의 작동 원리 46
그림-29. e-Bio 연료 전지의 가치와 개념 1/3 47
그림-30. e-Bio 연료 전지의 가치와 개념 2/3, 3/3 48
그림-31. 닛산 e-Bio Fuel-Cell 자동차 49
그림-32. NEDO의 연료전지 열병합발전시스템 사업에 참여한 제조사별 및 지역별 수 51
그림-33. 일본 주택용 연료전지 로드맵 52
그림-34. 극초단파 소결 방법 58
그림-35. 500°C 에서 나노구조화와 마이크로 양극의 전압에 따른 전류 59
그림-36. 양극지지 SOFC 구성요소 60
그림-37. 온도 변화에 따른 나노구조화 셀과 마이크로 셀의 전력량 60
그림-38. 동일 소재로 Bulk SOFC와 멀티스케일 아키텍쳐 박막 SOFC 구조 및 성능 비교 61
그림-39. 포스텍 최경만 교수의 SOFC 성능 67
그림-40. 500℃에서 nano-heterostructure architecturing SOFC의 출력밀도와 내구성 69
그림-41. NEDO의 연료전지 열병합발전시스템 사업에 참여한 제조사별 및 지역별 수 70
그림-42. Galileo 1000 N Data 72
그림-43. 국가별 자동차 온실가스 배출량 및 차기기준 (복합모드 환산치) 74
그림-44. Wa¨rtsila¨의 75셀 스택 성능 82
그림-45. SOFC/가스터빈 하이브리드 시스템 84
그림-46. 현재 연료전지 성능과 상향 목표 84
그림-47. 연료전지 작동원리 92
그림-48. 연료전지 시스템 구성도 93
그림-49. SOFC 개념도 및 전극반응 94
그림-50. 평판형(Flat-sheet type) SOFC 95
그림-51. 원통형(Tubular type) SOFC 96
그림-52. 평관형(Flat-tube type) SOFC 96
그림-53. Flat tubular segmented-in-series(SIS) SOFC 개념도 96
그림-54. PEMFC 단위 구조 100
그림-55 Nafion(Nafion)의 화학 구조 및 이온 채널 101
그림-56. 백금-니켈 hollow 나노 입자의 형성 105
그림-57. 친환경 자동차 분류 118
그림-58. 지역별 FCEV 예상 시장 (2015-2024) 122
그림-59. 동력원별 승용차(PLDV, Passenger Light duty vehicles) 생산추이 122
그림-60. SOFC 구성 요소 124
그림-61. 셀의 구성요소 125
그림-62. PEMFC 단위 구조 127
그림-63. MEA 구성요소 128
그림-64. 용융탄산염 연료전지 원리 130
그림-65. 알카라인 연료전지 원리 131