연료전지와 배터리: 차이점은 무엇인가요?

세계가 탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 되는 혁신적인 기술을 모색함에 따라 자원 부족이 중요한 과제가 되었습니다.

단일 기술만으로는 녹색 전환을 수용하기에 충분하지 않기 때문에 연료 전지 및 배터리 관련 기술 모두에 막대한 투자가 이루어지고 있습니다. 일부 대규모 투자에는 전기 자동차(EV), 풍력 터빈, 기차, 비행기, 상업용 운송 차량 및 공공 인프라를 위한 새로운 배터리 기술이 포함됩니다.

해설

현재 리튬이온 배터리는 전기차 배터리의 약 70%, 그리드 축전지의 90%를 차지하고 있다. 시장은 연평균 13.1%의 성장률로 성장하고 있으며, 2031년에는 1,350억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 연료전지 시장도 빠르게 성장하고 있으며, 연간 36%씩 성장해 2028년에는 290억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

연료전지와 배터리의 차이점이 항상 잘 이해되는 것은 아닙니다. 이 기사에서는 차이점과 미래 혁신에서 이들이 맡게 될 역할을 살펴보겠습니다.

리튬 이온 배터리와 연료 전지는 매우 유사한 화학 반응을 통해 전기를 생산합니다. 그러나 화학반응에 사용되는 에너지원은 다릅니다. 간단히 말해서, 배터리는 저장된 에너지를 사용하여 전기를 생산하는 반면, 연료전지는 수소가 풍부한 연료를 사용하여 전력을 생산합니다.

리튬 이온 배터리에는 양극과 음극, 그리고 나머지 공간을 채우는 전해질 분리기가 포함되어 있습니다. 양극과 음극 모두 리튬 이온을 저장할 수 있습니다. 리튬 이온이 전해질을 통해 전극 사이를 이동하면서 에너지가 생산되고 저장됩니다.

배터리와 달리 연료전지는 구성 요소에 화학 에너지를 저장하지 않습니다. 대신, 수소나 메탄올, 암모니아, 에탄올과 같은 수소가 풍부한 연료에 저장된 위치 에너지를 변환하여 에너지를 생성합니다.

배터리와 마찬가지로 연료전지가 전기 회로에 연결되면 수소 이온이 음극에서 양극으로 이동하여 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.

리튬 이온 배터리는 리튬, 니켈, 코발트 등 공급이 부족한 재료를 사용하여 제작됩니다. 이러한 물질의 생산량이 연간 25% 이상 증가하고 있지만 지구상에는 수요를 충족할 만큼 충분한 광물이 없습니다.

세르비아를 위해 예정된 24억 달러 규모의 리튬 프로젝트는 환경 채굴 문제로 인해 2022년에 중단되었으며, 일부 전문가들은 이로 인해 부족 현상이 앞으로 수년 동안 지속될 가능성이 있다고 말합니다.

결과적으로 여러 국가(및 기업)가 배터리 제조에 필요한 자원을 통제하려고 노력하고 있습니다. 필연적으로 다른 사람들은 이를 구축할 가능성이 없이 남겨집니다.

동시에 부족으로 인해 가격이 높아집니다. 이러한 희소 금속을 수입해야 하는 국가는 생산이나 가격을 통제할 수 없습니다. 이것이 인도가 리튬 이온 배터리 기술에서 연료 전지로 전환하려고 노력하는 주요 이유입니다.

다른 사람들은 부족한 자원에 덜 의존하는 배터리를 개발하려고 노력하고 있습니다. 예를 들어 LiFePO4 배터리(리튬 철인산염)는 리튬을 사용하지만 니켈이나 코발트는 필요하지 않습니다. 연구원들은 또한 훨씬 더 일반적인 재료를 사용하여 다른 유형의 배터리를 만들려고 시도하고 있지만 아직 허용 가능한 성능 수준을 산출하지 못했습니다.

연료전지는 자원 측면에서 덜 복잡합니다. 그들은 건축에 알루미늄과 스테인레스 스틸과 같은 일반적인 재료를 사용합니다. 그들의 연료인 수소는 우주에서 가장 풍부한 화학 원소이기도 합니다.

100% 효율적인 에너지원은 없습니다. 일부 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환될 때 손실됩니다. 에너지는 열, 빛, 소리, 자기 손실 등 다양한 형태로 손실될 수 있습니다. 목표는 손실되는 에너지의 양을 줄여 효율성을 높이는 것입니다.

배터리나 연료전지를 사용하는 EV 파워트레인은 엔진 열, 증발, 오일 추출, 정제 및 운송을 통해 최대 80%의 에너지가 손실될 수 있는 가스 구동 엔진보다 훨씬 더 에너지 효율적입니다. 그러나 배터리와 연료전지는 면역되지 않습니다. 보관, 충전, 방전 과정에서 에너지 손실이 발생할 수 있습니다.