고효율과 안전성을 동시에 실현한 경량의 고체형 수소 연료전지 개발!
스마트폰에서 포터블 발전기용까지 다양한 라인업

2012년 9월 26일

반도체 메이커 로옴 주식회사 (본사 : 교토), Aquafairy 주식회사 (본사 교토), 교토대학은 스마트폰 등의 휴대용 전원으로 사용 가능한 소형, 경량, 고출력의 수소 연료전지를 공동 개발하였습니다. 본 수소 연료전지는 건전지 및 리튬이온 전지, 메탄올을 이용한 연료전지가 지닌 약점을 극복하여, 대폭적인 경량화와 고출력화, 그리고 안전성을 동시에 실현하였습니다. AC 전원을 사용할 수 없는 장소에서 전원 확보의 편리성을 대폭 향상시켰습니다.

연료전지는 기존의 축전지 및 충전지에 비해 고효율화 및 소형 경량화가 가능하므로, 향후 보급과 시장 확대가 기대되고 있습니다. 이미 메탄올 및 수소를 사용한 연료전지의 보급이 시작되었으나, 메탄올 연료전지는 고출력화가 어려운 한편, 수소 연료전지는 고출력화는 가능하지만 연료통을 사용해야 하므로 소형화 및 취급이 어렵다는 단점이 보급의 장해물이었습니다.

이번에 로옴과 Aquafairy는 독자적인 기술로 수소화칼슘을 시트 상태의 고형화에 성공하여, 체적 3cc가 안 되는 시트 (38 x 38 x 2 mm3)와 물에서 약 4.5ℓ의 수소를 발생시켜 5Whr의 전력을 발생시킬 수 있습니다. 본 수소 연료전지는 소형 및 상온 동작이 가능하여 스마트폰의 충전뿐만 아니라, 타블렛 및 PC 등의 배터리, 아웃도어 및 벽지에서의 동력원, 재해용 백업 전원으로도 사용 가능합니다. 환경면에서는, 물과 칼슘계 연료라는 안전한 물질을 사용하여 이산화탄소 및 유해 가스를 일절 배출하지 않으며, 폐기 시에도 일반 폐기물로 취급 가능하여 기존의 각종 전지에 비해 환경에 대한 친화성이 매우 높은 전지입니다.
본 기술은 로옴이 보유한 전원회로 기술 및 어플리케이션 개발 기술과, 수소 연료전지의 개발면에서 높은 기술을 조합함으로써 실현되었습니다. 2010년 가을에 교토대학에서 개최된 산관학 연계를 위한 「교토대학 Advanced Electronics Symposium (AES)」를 계기로 양사의 정보 교환을 시작하여 이번 개발을 이뤄냈습니다.
로옴, Aquafairy, 교토대학은 향후 신뢰성 평가 및 개량을 추진하여 2013년 제품화를 목표로 하고 있습니다. 또한, 본 수소연료전지는 CEATEC JAPAN (2012년 10월, 치바현)과 Electronica (2012년 11월 뮌헨)의 로옴 부스에 전시할 예정입니다.
또한, 로옴과 Aquafairy는 스마트폰의 충전용 등 독자적인 제품 라인업 구비를 추진함과 동시에, Kinkei System Corporation과 공동으로 전원 확보가 어려운 원격지의 지진계용 연료전지 개발을 추진하고 있습니다.이 제품은 이번에 개발한 시트형 연료전지를 사용함으로써 기존의 납축전지에 비해 중량을 1/4로 경량화하였습니다. 불과 3kg으로 400Whr의 대용량을 실현하였으며, 2013년 4월에 발매할 예정입니다.
앞으로도 로옴이 장기간에 걸쳐 축적해온 회로 설계 기술 및 어플리케이션 기술과 Aquafairy의 연료전지기술을 조합하여 다양한 용도에 적합한 연료전지 개발을 추진해 나갈 것입니다. 또한, 교토대학 Hirao교수의 협력하에 차세대 수소 발생제 및 자원 이용 시스템에 대해 공동 연구를 추진할 예정입니다.

<특징>

1.소형, 경량!
2.고용량, 고출력!
전지 용량 5Whr의 스마트폰일 경우, 약 2시간으로 완전 충전이 가능합니다.
3.친환경!
이번에 개발한 수소 연료전지는 물을 주입하면 수소를 발생하는 고체를 사용하고 있습니다. 물의 합성을 이용하여 발전이 가능하므로, 발전 시의 생성물은 물 (수증기)뿐이며, 탄산 가스 및 유해물질 (휘발성 유기 화합물 : VOC)은 발생되지 않습니다. 폐기 시에도 일반 폐기물로서 폐기가 가능한 친환경 연료전지입니다.
수소 발생 시트
수소 발생 시트 (2.9cc, 3g)
수소 이용 연료전지의 구조
수소 이용 연료전지의 구조
4.20년의 장기 보존 가능!
건전지 및 리튬이온 전지는 평상시에도 전위차를 지니고 있으므로, 비사용 시에도 방전되어 출력 가능한 전기의 양이 서서히 감소합니다. 따라서 보존 가능한 기간은 3~5년입니다. 이번에 개발한 수소 연료전지는 알루미늄 라미네이트로 연료의 열화를 방지함으로써 에너지 손실없이 20년 이상 장기 보존이 가능하며, 필요할 때에 전력으로 변환할 수 있습니다.

<성능 비교>

성능 비교

<수소 연료전지의 용도 예>

1.스마트폰 충전기
스마트폰 충전기 스마트폰 충전기
스마트폰 충전기 스마트폰 충전기

2.지진계용 대용량 연료전지 (3kg, 5.6L)
지진계용 대용량 연료전지 지진계용 대용량 연료전지

3.휴대형 발전기 (7kg, 17L)
휴대형 발전기 휴대형 발전기

<교토대학 Hirao 교수 기자 회견 요지>

오늘날, 클린 에너지인 수소의 에너지원 사용이 다수 제안되고 있습니다. 예를 들어 수소를 연료로 하는 연료전지로 구동되는 연료전지 자동차의 개발이 추진되고 있습니다. 그 배기 가스에는 질소 산화물, 입자상물질, 이산화탄소 등이 포함되지 않으므로 환경 오염 및 지구 온난화를 억제할 수 있는 친환경 동력원으로서 기대를 모으고 있습니다. 그러나, 수소는 저장 시의 체적이 크므로, 자동차용으로서는 수소의 공급 수단이 과제가 되었습니다. 지금까지 암모니아 및 하이드라진으로 구성된 수소원을 촉매 반응으로 분해하여 연료전지에 공급하는 분해기를 탑재한 수소 생성 장치도 개발되었으나, 극물로 지정되어 있는 암모니아를 취급해야한다는 문제점이 지적되었습니다.
한편, 연료전지 자체의 소형화도 중요시되어, 휴대전화, 휴대용 정보 단말기, 디지털 카메라, 노트북 등에 사용되는 충전식 2차전지의 AC-DC 컨버터 대용 수소 연료전지에 대한 필요성이 강하게 요구되고 있습니다.
이번에 로옴 주식회사와 Aquafairy 주식회사가 공동 개발에 성공한 수소 연료전지는 기존 방식에 비해 소형이며 고출력이라는 우위성이 명확합니다. 이는 칼슘 화합물의 일종인 수소화칼슘을 소형 시트 형태로 고형화하여 수적하 (水滴下) 방식으로 수소를 안정적으로 발생시키는 기술을 확립하였다는 점, 박형의 일체형 셀 성형 기술 개발에 성공하였다는 점이 주된 원인이라고 할 수 있습니다.
또한, 현재는 400Whr의 소형 경량 전지도 Kinkei System Corporation과 개발을 진행하고 있습니다. 발전량의 대폭적인 증가로, 본 방식이 향후 수소 연료전지의 주류가 될 것으로 전망하고 있습니다.
교토대학 공학연구과 Hirao 연구실도 이들 기업과 공동 연구를 개시하였습니다. 이미 본 방식의 소형 수소 연료전지에 탑재 가능한 고효율 및 염가의, 특수 레이저 조사로 용이하게 원재료까지 재생 가능한 칼슘 화합물을 새롭게 발견하여 차세대 순환 재생 이용형 수소 발생제라고 명칭하고, 교토대학 카츠라 캠퍼스에 인접한 교토대학 카츠라 벤처 플라자에서 개발을 실시하고 있습니다.


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