열역학으로 접근하는 이론과 실제 기술
연료전지

연료전지의 역사, 사회적 의의와 경제적·산업적 측면에서 기술하였고, 개발동향 등을 개괄적으로 설명하였다. 또한 모든 연료전지의

학문적 기초가 되는 열역학과 전기화학에 대하여 압축하여 기술하였으며, 연료전지의 종류마다 원리에서 최신 연구 성과에 이르기

까지를 이해하기 쉽게 설명하였다.

제1장은 연료전지의 역사와 사회적 의의, 개발동향 등을 개괄한 서장이다. 자칫하면 연료전지가 과대하게 평가될 수도 있는 환경문

제와의 관련에 대하여서는, 실제에 가까운 평가를 하여 독자들의 주의를 촉구했다.

제2장 및 제3장은 모든 연료전지의 학문적 기초인 열역학과 전기화학에 대하여, 연료전지의 이해에 필요한 사항을 다른 전문 도서를

이용 하지 않고도 이해할 수 있을 정도로 가급적 압축하여 기술하였다. 전극반응 등의 실제 예도 연료전지에 실용하는 것을 다루도록

노력하였다.

제4장에서 제9장까지에서는 연료전지의 종류마다, 원리에서 최신의 연구 성과에 이르기까지 이해하기 쉽게 설명하였다.

어떤 연료전지도 개발의 키포인트가 되는 것은 역시 전해질, 전극, 촉매 등의 재료이다. 어떠한 재료가 개발되었고, 어떠한 과제가

잔존하고 있는가를 이해할 수 있도록, 재료문제에 대하여 보다 많은 지면을 할애하였다. 

1장. 연료전지의 역사와 개요

1 연료전지의 실체 · 11
2 연료전지의 장점과 개발의 의의 · 14
3 연료전지의 종류 · 16
4 최근의 개발 실황 · 171

2장. 연료전지의 열역학

1 열역학(熱力學) · 21
2 에너지, 일, 열 · 22
3 열역학 제1 법칙 · 23
4 열역학 제2 법칙 · 27
5 자유 에너지와 최대 일의 원리 · 39
6 열역학 함수의 관계식 · 41
7 열린 계의 열역학과 화학퍼텐셜 · 43
8 화학반응의 평형 · 46
9 평형상수의 온도 변화 · 48

3장. 연료전지의 전기화학

1 전기화학과 전기화학 시스템 · 51
2 전지의 기전력과 해리 전압 · 56
3 전극반응의 평형과 전극전위 · 61
4 네른스트식의 응용 · 66
5 전극반응의 속도 · 70
6 전극반응의 속도와 전극전위 · 74
7 전극반응과 물질 운반 · 83
8 전해질 용액의 전기 전도 · 92
9 고체 전해질 · 98
 
4장. 알칼리형 연료전지

1 동작원리와 효율 · 112
2 전극반응 및 전지의 구조 · 117
3 알칼리형 연료전지 시스템 및 그 특성 · 125
4 알칼리형 연료전지의 응용 · 129

5장. 인산형 연료전지

1 작동 원리와 구조 · 132
2 전극 촉매 · 139
3 인산형 연료전지의 연료 · 143
4 실용 전지의 특징 · 145

6장. 용융염 연료전지

1 고온 연료전지의 일반적 특징과 이점 · 151
2 고온 연료전지의 에너지 변환효율 · 152
3 용융염 연료전지 · 154
4 MCFC용 용융염과 그 성질 · 155
5 작동 원리 · 157
6 기본 구조 · 159
7 MCFC의 특징과 용도 · 162
8 구성 재료와 그 특성 · 164
9 전지 스택과 시스템 · 171
10 발전 특성 · 174

7장. 고체 산화물 연료전지

1 고체 산화물 연료전지 · 177
2 연료전지용 고체 전해질 · 178
3 작동 원리 · 185
4 전극 반응 · 189
5 기본 구조 · 191
6 SOFC의 특징과 용도 · 194
7 구성 재료와 그 특성 · 197
8 셀 스택과 시스템 · 206
9 발전 특성 · 210

8장. 고분자 고체 전해질 연료전지

1 동작 원리와 구조 · 216
2 양성자 전도성의 폴리머 전해질 · 219
3 전극반응과 촉매 · 225
4 폴리머 연료전지의 특성 · 228
5 폴리머 연료전지의 자동차에 대한 응용 · 232

9장. 메탄올 연료전지

1 메탄올 연료전지의 원리 · 236
2 직접형 메탄올 연료전지의 구조와 시스템 · 237
3 메탄올 산화 전극 촉매 · 239
4 직접형 메탄올 연료전지의 전해질 · 243
5 전지의 특성 · 250
6 메탄올 이외의 직접형 액체 연료전지 · 256

연료전지에 관한 정보는 일반과 전문으로 2극분화되어 있는 것으로 생각된다. 이와 같은 사정을 감안하여서인지

「우찌다로가꾸호」에서 재료 과학 시리즈로 「연료전지」를 기획하고 있으므로 집필하여 보라는 권유를 받았다.

한 마디로 연료전지라고 하지만, 상온에서 동작하는 소형에서부터 1000℃에서 기가와트급의 발전을 목표로 하는

것까지 다양하고, 여기에 사 용되는 이온 전도재료 하나만을 보아도 용액론을 기초로 하는 전해질 용액과 고체

물리화학을 기반으로 하는 고체 전해질까지의 지식이 필요하다.

또 한 종류의 연료전지에 국한해서 보아도, 거기에는 재료역학에서 전열공학(傳熱工學)까지의 성과가 집약되어

있다. 즉 연료전지는 광범위한 학문분야 속에 우뚝 선 종합기술이다. 뿐만 아니라 우주선에서 사용하고 있는

알칼리 형을 제외한다면 아직은 확립된 기술이 아니고, 개 발도상의 기술이다. 그러한 연유로 연료전지를 체계적

으로 기술하는 것은 매우 어렵고, 사례도 거의 없다. 작금 몇 해 사이, 계몽적인 해설 책은 많이 출판되어 연료전지

의 이해를 넓히는 데 공헌하고 있지만 그것은 교과서용으로 쓰여진 것이 아니다. 유일하게, 예를 든다면 1984년에

출판된 「연료전지」(다까하시 다께히꼬 저, 교리스출판)가 이공계 대학생과 초급자가 읽기에 합당한 책일 것으로

생각된다. 그 책의 저자인 고 다까하시 다께히꼬 나고야대학 교수는 이 책의 저자 3인이 많은 신세를 진 분으로서 ,

 특히 야마모또, 이와하라는 직접 제자이기도 하다. 매우 잘 써진 책이지만 B5판 130페이지이므로 단행본으로는

약간 부족하며, 게다 가 초판으로부터 이미 20여 년이 경과하였다.

이 책을 표본으로, 기초 부분에 좀 더 면수를 늘리는 동시에, 최근의 연구개발의 성과를 부가한다면 21세기 판의

새로운 지침서가 될지도 모르겠다는 생각에서 용기를 내어 권유를 받아들이게 되었다.

제1장은 연료전지의 역사와 사회적 의의, 개발동향 등을 개괄한 서장이다. 자칫하면 연료전지가 과대하게 평가될

수도 있는 환경문제 와의 관련에 대하여서는, 실제에 가까운 평가를 하여 독자들의 주의를 촉구했다.

제2장 및 제3장은 모든 연료전지의 학문적 기초인 열역학과 전기화학에 대하여, 연료전지의 이해에 필요한 사항을

다른 전문 도서를 이용하지 않고도 이해할 수 있을 정도로 가급적 압축하여 기술하였다. 전극반응 등의 실제 예도

연료전지에 실용하는 것을 다루도록 노력하였다.

제4장에서 제9장까지에서는 연료전지의 종류마다, 원리에서 최신의 연구 성과에 이르기까지 이해하기 쉽게 설명

하였다. 어떤 연료전지 도 개발의 키포인트가 되는 것은 역시 전해질, 전극, 촉매 등의 재료이다. 어떠한 재료가

개발되었고, 어떠한 과제가 잔존하고 있는가를 이해할 수 있도록, 재료문제에 대하여 보다 많은 지면을 할애하였다.