연료 전지(수소차)의 종류

자동차 학습/수소(연료전지)자동차 2020. 9. 29. 07:45 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

연료 전지의 종류

 연료전지는 온도에 따라, 연료의 종류에 따라 그리고 사용하는 전해질의 종류에 따라 각각 구분이 가능하다. 그러나 이온이 전해질을 통과하고 교환으로 전극 사이에 전기가 흐른다는 근본 원리는 모두 같다.

1] 작동 온도에 따른 구분

연료전지는 고온형과 저온형으로 나누어지고 이들은 다시 두 가지 유형으로 나눌 수 있다.

1) 저온

 저온형은 일상 생활 현장에서 활용된다. 저온형은 고온형 연료전지에 비해 훨씬 저온(섭씨 200도 이하)에서 작동된다. 저온형의 공통 장점은 사동이 단시간에 된다는 것과 크기를 적게 할 수 있다는 점이다. 그러나 고가의 백금 전극이 필요해서 장비 비용이 높은 것이 단점이다.

 인산형 연료전지(PAFC)는 섭씨 200도 정도에서 작동한다. 전해질에는 인산 수용액을 쓴다. 1967년에 개발이 시작되고 1980년대부터 미국과 일본을 중심으로 호텔이나 병원 등에 도입되었다. 연료전지의 네 가지 유형 중에서 가장 먼저 상품화 되었다.

 고체 고분자형 연료전지(PEFC)는 섭씨 100도 미만이라는 상온에 가까운 온도에서 작동한다.

 전해질에는 수용액이 아니라 수지로 만든 얇은 막을 사용한다. 그 결과 장비 전체를 얇게 할 수 있기 때문에 소형에 적합하다. 제미니 우주선에 실린 것도 이 유형의 연료전지다. 자동차에서 가정용, 휴대전화 등에 이동기기에 이르기까지 용도가 넓어 가장 활발히 연구되고 있다.

2) 고온

 고온형의 연료전지에는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC)와 고체 산화물형 연료전지(SOFC)의 두 가지 유형이 있다. 고온형의 연료전지는 섭씨 500~1,000도의 고온에서 작동한다. 고온이 되면 화학반응의 속도가 빨라지고 특히 촉매가 필요 없게 된다. 그래서 고가인 백금을 사용하지 않아도 되는 것이 장점의 하나이다. 고온의 배출열도 활용할 수 있다.

 또 고온인 연료전지의 내부에서 천연 가스 등의 연료가 수소로 전환되는 과정(개질)이 진행되므로 이들 연료를 수소 대신 쓸 수도 있다. 발전효율이 높고 고출력이 가능하므로 대형 건물의 발전장치나 수소 대신 쓸 수도 있다. 발전효율이 높고 고출력이 가능하므로 대형 건물의 발전장치나 대규모 발전소 등에 알맞다. 그러나 워밍업을 위한 시동에 시간이 걸리는 단점이 있다.

 용융 탄산염형 연료전지(SOFC)는 섭씨 1,000도 부근의 고온에서 작동한다. 전해질에는 고체인 세라믹을 쓴다. MCFC와 마찬가지로 대규모 발전소 등에서의 이용이 기대된다. 더욱이 작동 온도를 내리는 기술 개발이 이루어지면 가정용 전원으로도 쓸 수 있는 것으로 예상된다.

 

2] 연료의 종류에 따라 구분

1) 기체 연료

 연료전지의 보편적인 연료로써 사용되며, 수소, 탄화수소, CO(석탄가스화)등이 있다.

2) 액체 연료

 부산물이 생성되어 이에 대한 부산물의 처리 문제가 발생하지만 환경 오염율은 고체연료에 비해 거의 없다. Alcohol, Aldehyde, 히드라진(N2H4), 석유계 탄화수소가 사용된다.

3) 고체 연료

 고체 연료는 화학 연소반응이 환경오염에 심각한 영향을 미치는 부산물을 생성하여 이에 대한 처리 문제가 발생하지만 연료전지 구현이 비교적 간단한 편이라 비용 절감을 기대 할 수 있다. 석탄, 목탄, 코크스 등이 있다.

3] 전해액에 따른 구분

 연료전지의 가장 보편적인 구분 방법으로 연료전지에 사용되는 전해액에 따른 구분이다. 알카리 연료전지(AFC), 인산 연료전지(PAFC), 용융 탄산염 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 등이 있으며 이들 전해액에서 연료전지 구분은 표와 같다.

1. 연료전지의 전해액에 따른 구분

 

알카리

(AFC)

인산형

(PAFC)

용융탄산염형

(MCFC)

고체산화물형

(SOFC)

고분자전해질형

(PEMFC)

직접메탄올

(DMFC)

전해질

알카리

인산염

탄산염

세라믹

이온교환막

이온교환막

동작온도()

100이하

220이하

650이하

1,200이하

80이하

80이하

효율(%)

85

70

80

85

75

40

용도

특수용

중형건물

(200W)

중대형건물

(100KW~MW)

소형대용량발전(1KW~MW)

가정상업용

(1~10KW)

소형이동

(1KW이하)

 

우주선,잠수함

분산형 열병합 수송용

열병합,

대형발전소

열병합,

대형발전소

수소용,

분산형

수송용,

분산형

선진수준

 

200KW

MW 이상

Mw 이상

1~10 KW

보급중

500W

국내수준

-

50KW

250KW

1KW

3KW

50KW

* AFC(Alkaline Fuel Cell), PAFC(Phosphoric Acid FC), MCFC(Molten Carbonate), SOFC(Solid Oxide),

PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane), DMFC(Direct Methanol) à 순서대로 기술발전 단계

전해액에 따른 연료전지 구분

 고분자 전해질(PEMFC), 인산형(PAFC), 용융탄산염(MCFC), 고체산화물 전해질(SOFC) 등으로 나누어진다. PEMFC는 수소이온(proton)의 전달체인 고분자 전해질이 핵심 소재이며, 다음과 같은 물성을 지녀야 한다.

이온 전도성이 커야 한다.

② 전자 전도성이 없어야 한다.

③ 가스 투과가 없어야 한다.

④ 건조 상태에서도 유연성을 유지하고 있어야 한다.

⑤ 적절하나 두께, 편평도를 유지해야 한다.

⑥ 형상 안정성과 기계적 강도가 있어야 한다.

⑦ 열과 가수분해, 산화환원 반응에 대한 안정성이 있어야 한다.

 

2. 연료 전지 구성 물질

구 분

특 성

촉 매

운전온도

알카리형(AFC)

수산화칼륨(액체)

Platinum on carbon

80

인산형(PAFC)

인산(액체)

Platinum on PTFE/cabon

200

용융탄산염형(MCFC)

Lithium or potassium carbonate(액체)

니켈 또는 니켈 화합물

650

고체산화물형(SOFC)

Yttrid-stabilized zirconia(고체)

니켈/Zirconia cermet

1000

고분자전해질형

나피온 Dow 폴리머

Platinum on carbon

85~100

직접메탄올형(DMFC)

Polymer Membrane

Pt-Ru or Pt/C

25~130

3. 연료전지 발전 현황

구분

특성

알카리형(AFC, Alkaline Fuel Cell)

-1960년 군사용(우주선: 아폴로 11)으로 개발

-순수소 및 순산소를 사용

인산형(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)

-1970년대 민간차원에서 처음으로 기술개발 된 1세대 연료전지로 병원, 호텔, 건물 등 분산형 전원으로 이용

-현재 가장 앞선 기술로 미국, 일본에서 실용화 단계에 있음

용융탄산염형(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)

1980년대에 기술개발 된 2세대 연료전지로 대형발전소, 아파트단지, 대형건물의 분산형 전원으로 이용

-미국, 일본에서 기술개발을 완료하고 성능평가 진행 중

(250kW 상용화, 2 MW 실증)

고체산화물형(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)

-1980년대에 본격적으로 기술개발 된 3세대로서, MCFC보다 효율이 우수한 연료전지

-대형발전소, 아파트단지 및 대형건물의 분산형 전원으로 이용

-최근 선진국에서는 가정용, 자동차용 등의 연구를 진행

고분자전해질형(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane)

-1990년대에 기술개발 된 4세대 연료전지로 가정용, 자동차용, 이동용 전원으로 이용

-가장 활달하게 연구되는 분야이며, 실용화 및 상용화도 타 연료전지보다 빠르게 진행되고 있음

직접메탄올형(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell)

-1990년대 말부터 기술 개발된 연료전지로 이동용(핸드폰, 노트북 등) 전원으로 이용

-고분자 전해질형 연료전지와 함께 가장 활발하게 연구되는 분야

 

 

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연료 전지의 개요

자동차 학습/수소(연료전지)자동차 2020. 9. 25. 08:18 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

연료전지 개요

 연료전지 자동차는 수소를 연료로 사용하는데 아직은 수소 저장 및 운반 기술이 미흡하고, 충전소도 많지 않아서 상용화 되지 못하고 있다. 그럼에도 연구는 활발하게 이루어지고 있다.

 연료전지 전기자동차는 화학적 배터리 대신 작은 발전소에 비유할 수 있는 연료전지를 장착하고 다닌다. 원래 연료 전지는 우주선에 동력을 공급하기 위해 개발되었다. 수소와 산소는 로켓의 연료와 산화제로, 연료 전지에서 생기는 물은 승무원의 음료수로 고안된 것이다.

 환경친화적 특성을 가지면서 소용량에서도 발전효율이 높고 배열의 유효이용에 의해 종합 에너지 효율의 향상이 기대되는 연료전지는 새로운 에너지원이나 결국 천연가스를 연료로 사용하기 때문에 마지막에는 에너지 제로 하우스의 적용은 고려 대상이다.

 연료전지는 수소와 산소의 화학반응 에너지에서 발생한다. 이는 전기분해의 역반응을 이용하는 것이다. 물을 전기분해 할 때는 전도성을 높인 수용액에 전압을 가해 수소와 산소로 만든다. 반대로 연료전지에서는 수소와 산소를 화합해 물을 만들어내는 과정에서 전기를 생산하게 된다. 이때 백금촉매로 도포된 전해질막으로 수소와 산소를 격리해야 한다. 수소는 촉매의 작용으로 이온화하고, 수소에서 분리된 전자는 배선을 통과해 산소 쪽으로 흐른다. 배선의 중간에 모터를 놓으면 전력으로 이용할 수 있게 된다. 수소와 산소가 결합할 때는 저온을 유지하게 되고 60% 이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 최신 화력발전소 효율이 50% 정도라는 것을 감안하면 연료전지는 상당히 경제적인 동력이다. 전해질에 따라 연료전지는 몇 가지 종류로 나누어지는데 전지자동차는 주로 고분자막의 전해질이 사용될 가능성이 높다.

 

1) 연료 전지의 개발과정

연료전지의 역사는 의외로 길어 그 메커니즘의 발전은 의외로 오래 되었다. 연료전지를 처음 만들 사람은 19세기에 활동한 영국의 물리학자이자 화학자인 윌리엄 그로브(1811~1896)이다. 그 계기가 된 것은 물의 전기분해이다. 물의 전기분해란 물에 백금 전극을 넣고 전기를 통하면 물이 분해되어 수소 가스와 산소 가스가 발생하는 것이다. 지금은 중학교에서도 시행하고 있는 보편적 실험이다. 전기 분해는 1800년에 영국의 물리학자 니콜슨(1753~1815) 등에 발견된 이래 연구의 대상이 되고 있다.

 어느 날 물의 전기 분해 실험을 하던 그로브는 어떤 일을 깨닫게 되었다. 실험 장치의 전원을 끄면 전류가 역류하는 것이었다. 그는 이것을 보고 생각했다. ‘물에 전기를 흐르게 하면 수소와 산소로 분해된다. 그렇다면 수소와 산소를 합하면 전기를 발생시킬 수 있는 것이 아닌가?’

그로브는 곧바로 물의 전기 분해를 끝낸 상태의 실험 장치(이것이 연료전지의 원형이고, 시험관 안에 수소 가스와 산소 가스가 저장되어 있었다) 4개 준비해서 그것들을 직렬로 연결했다. 그리고 이들이 만들어 내는 전기를 써서 다른 장치에 들어 있는 물을 전기 분해해 보였다. 이것이 인류 최초의 연료전지의 실증 시험이다.

그는 이 결과를 논문으로 정리하고 전통 있는 영국의 과학잡지 <플로소피컬 매거진> 1839 2월호에 발표하였다. 그러나 그로브의 발명도 증기기관에 가려 별로 빛을 보지 못하고 100년 이상 잊어지고 있었다.

그로브의 발명으로부터 약 100년 뒤 마침내 연료전지의 실용화 연구하는 인물이 나타났다. 영국 케임브리지 대학교의 베이컨(1904~1992)이다. 1930년에 연구를 시작한 베이컨은 전해질로 알카리성인 수산화칼륨을 사용하는 연료전지를 개발하고 1952년에 특허를 얻었다. 이 유형의 연료전지는 알카리성 연료전지라고 불린다. 1959년에 5킬로와트의 출력을 가지는 연료전지를 완성했다.

한편 미국의 GE사도 1950년대에 연료전지를 개발했다. 전해질에 수지(고분자)로 만든 막을 쓴 GE사의 연료전지는 고체 고분자형 연료전지(PEFC)’라 불리는 유형이다. 출력은 1킬로와트이면서 알카리형 연료전지보다 작았다.

연료전지의 실용화는 우주에서 시작되었다. 1965 NASA의 유인 우주선 제미니 5호에 통신기기나 컴퓨터의 전원으로 GE사의 연료전지가 실린 것이다. 우주라는 한정된 공간에서는 더욱 작고 고출력의 전원 장치가 요구된다. 태양전지 등 여러 후보 가운데 NASA가 선택한 것은 연료전지이다. 부피당 발전량이 크고 연료전지의 부산물로 생기는 물을 승무원의 음료수로 이용할 수 있기 때문이다.

1969년에 인류 최초의 달에 착륙한 아폴로 11호도 연료전지를 싣고 있었다. 아폴로 우주선에 실린 것은 GE사의 것보다 출력이 높은 알카리형 연료전지였다. 영화(아폴로 13)에서도 묘사된 것처럼 1970년에 아폴로 13호가 운항 중에 가스 누출 사고로 전력을 절약해야 할 위기에 몰린 것도 수소와 산소로 발전하는 연료전지를 쓰고 있었기 때문이다.

열카리형 연료전지는 우주왕복선에도 실려 선내의 전기와 음료수를 공급하는 원천으로 활용된다. 단 알카리형 연료전지는 수소와 산소 모두 고 순도의 것을 사용할 필요가 있다는 점 등에서 우주 개발 이외의 분야에서는 거의 실용화 되지 않고 있다.

우주 개발 분야에서 성능과 청정성을 증명한 연료전지에 세계 기술자들의 시선이 집중되었다. 현재까지 많은 연구 개발 작업이 이루어지고 다양한 연료전지가 등장했다.

초기 연구를 통해 꾸준한 발전이 이루어져 1952 5kW급의 연료전지 발전소가 세워지게 되었고, 때마침 불어 닥친 우주개발 붐에 힘입어 우주선의 에너지원으로 개발되어 1960년대 초 Gemini 우주선에 탑재됨으로써 상업적인 이용을 목표로 한 연구가 시작되었다.

 1970년대의 유류 파동을 겪으면서, 그 동안 특수 상황에서 사용할 목적으로 개발, 연구되어 왔던 경우에서 벗어나 화력 발전을 대체할 대체 에너지원으로까지 주목 받게 되었다. 지상에서의 연료전지 실용화는 1970년대에 미국에서 시작되어 호텔이나 병원의 발전기로 도입되기 시작했다. 1994년에 다임러 벤츠사가 연료전지를 자동차를 출시하였다.

 독일의 다이뮤러 벤츠사는 계속해서 개발하고 있는데 모두 고압수소 봄베(bombe)에 수소를 충전하는 타입으로 차량도 대형차에 국한 되어 있다. 때문에 벤츠에서는 캐나다의 발라드 파워시스템과 공동으로 신형 연료전지를 개발하여 이것을 내장한 소형자동차의 실험차를 공개하였다. 실험자동차에서는 새로 개발한 메탄올에서 수소를 만드는 전환시스템도 도입하여 수소보다도 취급이 용이한 메탄올을 충전함으로써 편리성을 향상 시켰다.

 도요타 자동차 개발한 연료전지 자동차의 수소 저장에는 새로 개발된 수소흡장 합금을 채용하고 있으며 100 kg의 합금으로 2 kg( 2 5000리터)의 수소를 저장할 수 있게 되어 있다. 96년에 발매한 니켈수소전지 탑재 전기 자동차에 탑재한 시험제작 자동차는 정격출력 20 kW, 최고시속 100 km 이상, 1회 충전 주행거리 약 250 km를 달성하고 있다.

 지금은 대규모 및 소규모 발전시스템, 그리고 전기 자동차용 동력, 휴대용 전원으로까지 다양한 분야의 연구가 확장되고 있다.

 

1. 연료전지의 개발 과정

년 도

특 징

1839

William R. Grove(영국)  - 개념 발명

1959

F.T. Bacon(영국)  - 5 kW 수소/산소 연료전지 실증시험

1960년대

제미니 및 아폴로 계획에 Alkaline Fuel Cell(AFC) 적용 ->상업적 응용

1970년대

PAFC(Phosphoric Acid Fuel Cell) 개발

1980년대

PEMFC(Proton Exchange Mebrane Fuel Cell) 개발

1984년 이후

미국의 DOE(Department of Energy)에서 연료전지에 대한 연구자금 적극적 지원

1990년대

DMFC(Direct Methanol Fuel Cell)개발, MCFC 발전개시, SOFC 발전소 개발

2012.12

연료전기 하이브리드 차량 출시(Toyota, Honda –리스형태 판매 개시)

2004~2005

휴대용 연료전지(PDA, Laptop, Cellular, Phone ) 출시 예정

2005

가정용 연료전지 출시

2012년 이후

연료전지 자동차 본격 보급 예정

2. 연료 전지의 개요 및 발생원리

 연료전지는 화학에너지가 전기에너지로 직접 변환되어 전기를 생산하는 능력을 갖는 전지(Cell)이다. 종래의 전지와는 달리 외부에서 연료와 공기를 공급하여 연속적으로 전기를 생산한다. 간단하게 연료전지는 연료를 전지에 투입하면 전기나 열, 물을 생산하는 전지이다.

 연료전지란 수소와 산소로 물을 만들고 그 과정에서 전기를 생산하는 새로운 발전장치다. 이 원리는 중고등학교에서 배우는 무의 전기 분해의 역반응이다. 연료전지가 보급되면 유한한 화석연료에 의존하는 현대사회에서 무한한 수소를 이용하는 새로운 사회로의 변화가 일어난다.

 산업혁명 이후의 새로운 대변혁이 마침내 일어날지도 모른다. 연료전지는 우리의 생활을 크게 바꾼다. 그 미래의 모습은 이렇다. 휴대전화나 노트북 컴퓨터의 배터리가 연료전지로 바뀐다 생활에 필요한 모든 전력을 한 집에 1대씩 놓인 연료전지가 공급한다. 모든 자동차가 연료전지를 싣고 가격이 폭등하는 화석연료가 아닌 자연 에너지를 이용해 만들어지는 저가의 수소로 달린다.

 그러나 실제로 연료전지에서 전류가 흐르기 시작하면 연료가 공급되는 속도만큼 전지화학반응이 빠르지 않고 구성요소간의 저항이 있을 뿐 아니라 전극에서 연료나 산소의 농도 차이가 생기는 등 여러 요인에 의해 얻을 수 있는 전압이 이상적인 값보다는 낮다. 그래서 현 수준에서 실제효율이 40~50% 정도다. 그러나 이 효율도 화력발전이나 내연기관의 효율보다는 높은 값이다. 결국 연료전지는 기존의 화력발전보다 효율이 높고 질소화합물, 황화합물, 매연 등을 배출하지 않는다. 또한 회전부위가 없어 소음이 적고 모듈화가 가능해 다양한 용량으로의 건설과 증설이 쉽다. 이 밖에 수소, 석탄가스, 천연가스, 매립지 가스, 메탄올, 휘발유 등을 연료로 사용할 수 있으며, 전기에너지와 동시에 열리 발생하므로 폐열을 회수해 지역난방과 온수로 열병합발전도 가능한 다재 다능한 전지이다.

 

전기의 발생원리

 연료전지의 원리에 앞서 전지의 발생원리부터 살펴보도록 하자. 생활에 필요한 전기는 어떻게 얻어 질까? 현대 대부분의 전기는 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 연소시켜 발전하는 화력발전 방식으로 얻어 진다. 이러한 화력발전은 연료의 화학 에너지가 열에너지에서 기계적 에너지로, 여기에서 다시 전기에너지로 변화하는 3단계이 과정을 거쳐 전기를 발생시키는 발전방식이다. 즉 연료의 화학에너지의 연소를 통해 열로 변화시키고, 이를 다시 기계적 터빈 회전력을 통해 전기에너지를 발생시키는 변환과정인 것이다.

 하지만 연료전지는 중간 과정 없이 화학에너지에서 바로 전기에너지로 직접 변환된다. 천연가스나 메탄올 등의 연료에서 얻어낸 수소와 공기 중의 산소를 반응시키면 전기에너지를 직접 얻을 수 있다. 이러한 원리는 물을 전기분해 하면 수소와 산소가 발생된다는 것을 역으로 이용한 것이다. 수소와 산소를 반응시키면 연소반응에 의해 열이 발생하면 물이 되는데 이때 수소와 산소를 직접 반응시키는 대신 연료전지를 통해 전기 화학반응이 일어나게 하면 물과 열 이외에도 전기를 발생시킬 수 있다. 즉 연료전지란 수소 등의 연료가 갖고 있는 화학에너지로부터 전기에너지를 연속적으로 직접 발생시키는 발전장치이다. 연료론 계속 공급하는 한 전기를 계속 발생시킬 수 있기 때문에 일회용인 건전지 사용 후 재충전이 필요한 이차 전지와 달리 연속적인 발전기 또는 에너지 변화기의 역할을 수행한다.

 또한 연료전지는 발생되는 생성물이 물밖에 없어 무공해 산물의 대표적 전지이다. 기계적 에너지 변환단계가 생략되었기 때문에 소음이 없어 환경 친화적이다.

 연료전지는 공기극과 연료극의 전극, 두 극 사이에 위치하는 전해질로 구성되어 있다. 연료 전지의 구성요소 중 전극은 전기화학 반응을 진행시킬 수 있는 일종의 촉매 역할을 하고, 전해질은 생성된 이온을 상대극으로 전달시켜 주는 매개체 역할을 한다. 연료극에는 수소, 공기극에는 공기(또는 산소)가 공급되어 각 전극에서 전기 화학반응이 진행된다. 이렇게 구성된 연료전기 한 쌍을 단전지(Single cell)이라 하며 연료극과 공기극간의 전압은 약 1 V 내외가 된다. 이러한 전지를 단전지를 직렬로 연결하면 원하는 만큼의 전압을 얻을 수 있다.

 

연료 전지 화학반응

 연료전지(Fuel Cell)는 수소화 산소의 화학 반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 기술을 이용한 전지이다. 즉 연료와 산화제를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 반응은 전해질 내에서 이루어지며 일반적으로 전해질이 남아 있는 한 지속적으로 발전이 가능하다.

 연료전지의 구조는 전해질을 사이에 두고 두 전극이 샌드위치의 형태로 위치하며 두 전극을 통하여 수소이온과 산소이온이 지나가면서 전류를 발생시키고 부산물로서 열과 물을 생성한다.

① 연료극(Hydrogen from Tank, 양극)으로부터 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리

② 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동하며 전기 생성

③ 공기극(Oxygen from Air, 음극)쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물()을 생성

 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열이 발생한다.

 연료전지는 전지라는 말이 붙어 있기는 하지만 일반적인 전지와는 다르다. 전지는 닫힌계에 화학적으로 전기에너지를 저장하는 반면, 연료전지는 연료를 소모하여 전력을 생산한다. 또한 전지의 전극은 반응을 하여 충전/방전 상태에 따 바뀌지만, 연료전지의 전극은 촉매 작을 하므로 상대적으로 안정하다.

 생성물이 전기와 순수인 발전효율 30~40%, 열효율 40% 이상으로 총 70~80% 이상의 효율을 갖는 신기술이라고 할 수 있다.

 

연료 전지의 특징

 환경친화적 특징을 가진 연료전지의 특징은 다음과 같다.

장점

① 발전효율이 40~60%이며, 열병합 발전 시 80% 이상 가능

② 천연가스, 메탄올, 석탄가스 등 다양한 연료 사용 가능

③ 환경공해 감소 : 배기가스 중 NOx, Sox 및 분진이 거의 없으며, CO2 발생량에 있어서 미분탄 화력 발전에 비해 20~40% 감소

④ 회전부위가 없어 소음이 없으며 기존 화력발전과 같은 다량의 냉각수 불필요

⑤ 도심 부근에 설치가 가능하여 송배전시의 설비 및 전력 손실 적음

⑥ 부하 변동에 따라 신속히 반응하며, 설치 형태에 따라 현지 설치용, 분산 배치형, 중앙 집중형 등의 다양한 용도 사용 가능하다.

단점

① 초기 설치비용이 고가

② 수소공급 저장 등 인프라 구축 어려움

 

연료전지 발전원리(단위전지)

 기존의 가솔린 내연기관이 석유(가솔린) 등 혼합연료를 폭발시킨 힘으로 구동축을 돌리는 데 비해, 연료전지는 전기모터가 구동축을 돌리게 되어 있다. 이 때 전기모터를 돌리는 에너지를 생산해 내는 것이 바로 연료 전지이다.

 연료전지의 구조는 전해질을 사이에 두고 두 전극이 샌드위치의 형태로 위치하여 두 전극을 통하여 수소이온과 산소이온이 지나가면서 전류를 발생시키고 부산물로서 열과 물을 생성한다.

 연료전지의 음극(Cathode)을 통하여 수소가 공급되고 양극(Anode)을 통하여 산소가 공급되면 음극을 통해서 들어온 수소 분자는 촉매(Catalyst)에 의해 양자(H+)와 전자로 나누어진다. 나누어진 양자와 전자는 서로 다른 경로를 통해 양극에 도달하게 되는데, 양자는 연료전지의 중심에 있는 전해질(Electrolyte)를 통해 흘러가고 전자는 외부회로를 통해 이동하면서 전류를 흐르게 하며 양극에서는 다시 산소와 결합하여 물이 된다.

 연료 중 수소와 공기 중 산소가 전기 화학 반응에 의해 직접 발전한다.

연료극에 공급된 수소는 수소이온과 전자로 분리

② 수소이온은 전해질층을 통해 공기극으로 이동하고 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동

③ 공기극 쪽에서 산소이온과 수소이온이 만나 반응생성물()을 생성하며, 최종적인 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열을 생성한다.

 반응은 산화제로는 여러 가지를 이용하 수 있다. 수소 연료전지는 수소를 연료로, 산소를 산화제로 이용하여, 그 외에 탄화수소, 알코올 등을 연료로, 공기, 염소, 이산화 염소 등을 산화제로 이용할 수 있다.

 연료전지의 발전 효율은 40~60% 정도로 대단히 높으며, 반응 과정에서 나오는 배출열을 이용하면 전체 연료의 최대 80%까지 에너지로 바꿀 수 있다. 게다가 천연 가스와 메탄올, LPG(액화석유가스, propane gas), 나프타, 등유, 가스화된 석탄 등의 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 에너지 자원을 확보하기 쉽다. 또한 연료를 태우지 않기 때문에 환경에도 무해하다. 또한 질소산화물(NOx)와 이산화탄소의 배출량이 석탄 화력 발전의 각각 1/38 1/3 정도이며, 소음도 화력발전 방식에 비해 매우 작은 장점이 있다.

 이와 더불어 모듈화로 건설 기간 단축, 설비 용량의 증감이 가능하고, 화력발전 방식에 비해 훨씬 적은 토지 면적을 필요로 하기 때문에 입지 선정이 용이하다. 따라서 도심지역 또는 건물 내에 설치하는 것이 가능하여 경제적으로 에너지를 공급할 수 있다. 연료전지는 기존의 화력 발전을 대체할 수 있으며, 분산 전원용 발전소, 열병합 발전소, 나아가 무공해 자동차의 전원 등에 적용될 수 있다.

 

연료전지 발전 시스템 구성도

 연료변환기는 천연가스나 메탄올, 가솔린 등 탄소수소 연료를 진한 수소가스로 변환시켜주는 장치다. 이렇게 변환된 수소가스와 공기 중의 산소는 전류를 얻기 위해 연료전지스택으로 공급된다.

 연료전지스택 내에서 화학반응으로 발생된 전류는 DC 전류이며 인버터를 통해 AC전류로 변환된다.

2. 연료전지 발전시스템 구성

구 분

특 성

개질기(Reformer)

화석연료(천연가스, 메탄올, 석유 등)로부터 수소를 발생시키는 장치

시스템에 악영향을 주는 황(10ppb 이하), 일산화탄소(10ppm 이하) 제어 및

시스템 효율향상을 위한 compact가 핵심기술이다.

스택(Stack)

원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌍아 올린 본체

단위전지 제조, 단위전지 적층 및 밀봉, 수소공급과 열회수를 위한 분리판 설계/제작 등이 핵심 기술이다.

전력변환기(Inverter)

연료전지에서 나오는 직류전기(DC)를 우리가 사용하고 있는 교류(AC)로 변환시키는 장치

주변보조기기

(Balance of Plant)

연료, 공기, 열회수 등을 위한 펌프류, Blower, 센서 등을 말하며, 연료전지에 특성에 맞는 기술이 미미함

 

 현재 개발 중인 연료전지는 수소와 메탄올, 청정 가솔린 등을 연료로 사용하고 있으며, 수소는 직접 에너지로 사용되고, 메탄올과 청정 가솔린은 일단 수소로 변환 후 모터를 돌리는 에너지를 생산하게 된다. 따라서 수소를 직접 에너지로 사용하는 연료전지차의 경우 연료변환기 장치가 필요하다.

 가솔린 내연기관의 에너지 효율이 20%에 불과한데 비해, 연료전지의 에너지 효율은 40~60%로 에너지 효율이 극히 높으며, 물 이외는 아무것도 배출되지 않는 친환경 에너지이다.

 

연료전지의 구성요소

1. 분리판 : 반응가스의 유로 제공, 전기적인 연결

2. 개스킷 : 반응가스의 누출방지

3. MEA : 전해질과 백금촉매의 접합체, 전기화학반응 일어남.

4. 스택 : 다수의 셀을 쌓은 것, 한셀의 Cathode는 인접 Cell Anthode와 전기적 연결

 2매의 백금 전극과 거기에 끼워진 전해질로 이루어지는 연료전지의 1단위를 단셀이라 부른다. 1개의 단셀이 발생시키는 전압은 연료로나 전해질의 종류에 따라 결정되는데 단셀의 크기에 무관하게 약 1볼트이다. 건전지와 같은 정도이다. 이 전압에서는 자동차 움직이지 않는다.

 더욱 큰 전압을 발생시키려면 많은 단셀을 직렬로 이으면 된다. 복수의 단셀을 직렬로 이은 것은 스택(stack)이라 부른다. 스택을 만들려면 단셀을 구성하는 부품 외에 단셀과 단셀 사이를 갈라 놓는 부품인 세퍼레이터(separator)가 필요하다.

 세퍼레이터는 1) 각 단셀 사이를 막고 가스의 혼합을 막고 2) 단셀에 수소 가스나 공기를 공급하는 통로가 되며 3) 단셀 사이를 잇는 도선(전자의 통로)으로 작용한다. 일반적으로 세퍼레이터와 전극 사이에는 가스를 균일하게 확산시키기 위한 가스 확산 층이 끼워진다.

 

수소 연료 전지의 구성

 수소연료전지는 간단히 세 부분으로 나 눌 수 있다. 수소가 들어가는 양극판(Anode)과 공기가 들어가는 음극판(Cathode), 그리고 그 두 판 사이를 채우는 전해질이다.

 재료만 다를 뿐 보통의 전지 구조와 흡사하다. 양극에선 수소가 이온화되며 전자를 내놓는다. 이 전자는 중간의 전해질을 통해 음극으로 이동하고 그곳에서 공기와 반응해 물을 만든다. 전자가 이동하는 과정에서 우리가 얻고자 하는 전기에너지가 발생한다.

 수소와 공기가 반등해 물이 생성되는 이 반응은 발열반응이여서 열과 물을 으로 얻울 수 있다. 우주선에선 수소연료전지를 이용해 전기에너지뿐 아니라 식수와 온수를 얻기도 한다. 수소연료전지는 원료와 산출물이 모든 친환경적이라는 장점이 있다.

 하지만 자연 환경에 수소가 그 자체로 존재하지 못하기 때문에 순수한 수소 분자를 얻기 위해 수소화합물을 이용한다. 이로 인해 지금의 수소연료전지는 100% 친환경적이라고는 할 수 없다. 그러나 수소를 무한대로 얻을 수는 있다.

 수고연료전지의 또 다른 장점은 효율이 높다는 점이다. 화석연료를 태워 물을 끓이고 그 수증기를 이용해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 지금의 방식은 화학에너지가 열에너지, 운동 에너지를 거쳐 전기에너지로 변환되므로 에너지 효율이 낮은 데 비해 수소연료전지는 단 한 번의 반응식으로 전기가 생산되기 때문에 고효율이라는 장점이 있다.

 우리가 실제로 사용하는 수소연료전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된 하나의 단위전지가 여러 개 겹쳐진 적층구조를 이루고 있다. 전류는 단위전지 면적에 따라 전압은 쌓아 올려진 단위전지 개수에 따라 조절되므로 수소연료전지는 전력을 자유자재로 결정할 수 있다는 장점도 있다.

 연료 전지의 구성

- 셀은 플러스의 전극판(공기판)과 마이너스이 전극판(연료판)이 전해질을 포함한 층을 겹친 샌드위치 구조와 같은 형태의 구조이다.

- 공기극과 연료극은 수 많은 구멍이 나 있고 여기를 외부에서 공급된 공기 중 약 20%의 산소가 포함되어 있는 공기가 통과함으로 반응이 일어난다.

- 수소는 전해질을 접촉하는 면까지 들어가 있어서 전자를 유리하여 수소이온이 되고 전자는 밖으로 나가 버린다. 전해질을 통과한 수소 이온은 반대측의 전극에서 보내진 산소와 외부에서 전선을 통해 돌아온 전자와 반응해 물이 된다.

- 이런 전자와 이온으로 분리되는 시점이 연료 전지의 원리 중 가장 중요하다. 그러나 단층의 셀에 의해 전기 발생은 많지 않아 필요전기를 얻기 위해서는 직렬로 연결하여 셀을 적층하고 상하셀 사이에는 산소와 수소의 통로를 막으면서 적층된 셀을 전기적으로 연결하는 세퍼레이트가 들어간다

- 연료전지의 이상적인 상태라면 모든 전기에너지로 변화되겠지만 셀내부의 약간의 전기저항이 있어 일부 에너지가 열에너지로 변해 버린다. 이로 인해 셀에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각수를 투입하는데 역으로 냉각수는 열을 얻어 가열되므로 급탕이나 난방 등에 사용할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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현대기아차 출시예정(2019~2022) 개발 및 출시 차종(개발차종 코드 및 모델명)

 

현대차

그랜저 IG F/L - IG PE/2019 11월 예정

 

i30 PD F/L - PD PE/2019년 하반기 예정

 

코나 F/L - OS PE/2020년 상반기 예정

 

아반떼 7세대 - CN7/2020 6월 예정

 

투싼 4세대 - NX4/2020년 상반기 예정

 

경형 CUV - AX1/2021년 예정

 

그랜저 7세대 - GN7/2022년 예정

 

스타렉스 3세대 - US4/2021년 예정

 

 

 

기아차

 

모하비 F/L2 - HM PE2/2019 9월 예정

 

3세대 K5 - DL3/2019 11월 예정

 

4세대 쏘렌토 - MQ4/2020년 상반기 예정

 

5세대 스포티지 - NQ5/2020년 하반기 예정

 

2세대 니로 - SG2/2021년 예정

 

4세대 카니발 - KA4/2021년 예정

 

3세대 K7 - GL3/2021년 예정

 

K3 F/L - BD PE/2020년 하반기 예정

 

모닝 F/L - JA PE/2020년 상반기 예정

 

스팅어 F/L - CK PE/2020년 상반기 예정

 

스토닉 F/L - YB CUV PE/2020년 예정

 

 

 

제네시스

 

GV80 - JX1/2019 10월 예정

 

3세대 G80 - RG3/2020 3월 예정

 

G70 F/L - IK PE/2020년 하반기 예정

 

GV70 - JK1/2020년 하반기 예정

 

2세대 G90 - RS2/2022년 예정

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납 축전지 용어 정리(lead–acid battery)

자동차 학습/전기자동차 2020. 6. 12. 07:58 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

납 축전지 용어 정리(lead–acid battery)

 

1. 가속수명시험 (accelerated life test)

실 제 의 사 용 상 태 보 다 환 경 스트레스(온도 등) 또는 적용 스트레스(전류, 전압 등)를 상승시켜 기간을 단축하는 수명시험. 가스 발생 (gassing)물이 전기분해 되어서 가스(산소, 수소)가 활발하게 발생하는 상태.

 

2. 감액특성 (characteristics of electrolyte decrease)

배터리의 전해액이 감소한 정도를 나타낸 것.

 

3. 개로전압 (open circuit voltage)

배터리가 외부 회로로부터 전기적으로 끊어진 상태에서 이 배터리의 표시 전압.

 

4. 격리 (partition)

모노 블록 전조에 서로 인접한 2 개의 단전지 사이를 칸막이한 벽

 

5. 격리판 (separator)

양극판과 음극판의 사이에 단락 방지와 간격 유지의 목적으로 수직으로 넣는 다공 또는 미세공의 박판. 격리판은 내산화성, 내약품성, 전기절연성 등이 있는데 그 상부 전해액의 확산과 이온 전도를 막지 않는 것 등의 기능을 가질 필요가 있다. 또한 전해액 유지의 기능도 가져야 하는 것이 있다.

 

6. 격자 (grid)

연 축전지의 페이스트식 극판의 활물질을 유지한 것으로 격자모양의 전류가 들어오거나 나가는 분배의 역할을 한다.

 

7. 경부하수명 (shallow cycle endurance)

시험방법에 있어서 1회의 방전심도가 10% 이하의 경부하 영역에서의 방전과 충전의 싸이클을 반복할 때의 수명.

 

8. 고율방전 (high rate discharge)

축전지의 용량에 비하여 비교적 큰 전류로 행하는 방전.

 

9. 고율방전 특성 (high rate discharge characteristics)

고율방전을 행한 경우의 방전특성

 

10. 고율방전용축전지 (high rate discharge type battery) 

고방전율을 높이도록 설계된 축전지

 

11. 공칭전압 (nominal voltage)  

배터리전압의 표시에 이용하는 전압. 일반적으로 기전력보다 약간 낮은 값을 잡는다. 예로, 납-배터리는 단전지당 2.0V, 니켈-카드뮴 배터리에는 단전지당 1.2V 이다

 

12. 과방전 (overdischarge)

배터리를 정해진 종지전압 아래까지 방전한 것.

 

13. 과충전 (overcharge)

완전 충전된 상태에 도달된 후의 충전, 물 보충을 필요로 하는 축전지에는 물의 전기 분해에 의하여 전해액이 빠르게 감소한다. 축전지는 일반적으로 필요이상의 과충전을 행하면 수명에 나쁜 영향을 미친다.

14. 과충전 수명시험 (overcharge life test)

과충전이 수명을 결정하는 중요한 인자가 되는 축전지에 있어서, 축전지의 과충전 내구력을 조사하는 시험.

 

15. 교류 (alternating : AC)

전류의 흐름이 주기적으로 크기와 방향이 바뀐다. 배터리는 교류를 이용하지 않는다.

 

16. 국부전지 (local cell)

축전지의 극판에 불순물 등이 부착되어 국부적으로 전위의 차이가 발생한 것. 자기방전의 원인 중 하나이다.

 

17. 균등전압 (mean voltage)

통전중의 축전지전압의 평균값. 정전류 방전에서는 규정 방전 종지전압에 도달할 때까지 평균값을 말하는 것이 보통이다.

 

18. 균등충전 (equalizing charge)

여러 개의 축전지를 같은 조로 하여 장시간 사용한 경우 자기방전 등으로 발생하는 충전상태의 불규칙한 산포를 없게 하고 충전상태를 균일하게 하기 위하여 행하는 충전의 방법

 

19. 극성 (polarity)

전기적으로 서로 반응하는 음양의 차이 나는 성질.

 

20. 극주 (pole)

극판군의 스트랍부에 연결되어 있는 기둥 모양의 전기도체.

 

21. 극판 (plate)

축전지의 활물질을 유지한 전극. 양극판과 음극판이 있다.

 

22. 극판군 (element)

양극판군 및 음극판군을 조립하여 격리판이나 매트류를 끼워 넣은 것.

 

23. 글라스매트 (glass mat)

글라스 섬유를 교착시켜 적층하고 바인더로 결착하여 매트로 한 것. paste식 연축전지의 양극 활물질의 탈락 방지에 이용한다.

 

24. 급속충전 (quick charge)

큰 전류로 단시간에 충전을 하는 것.

 

25. 기판(격자판) (grid)

극판의 활물질을 부착할 수 있는 지지대나 전류가 흐를수 있는 납 합금

 

26. 납 붓싱 (lead bushing)

2개의 극주 관통부에 밀착시켜 넣은 납합금 재질의 물질.

 

27. 내부단락 (internal short-circuit)

단전지의 극판군에 있어서 양극과 음극이 단락하는 현상.

 

28. 내전압시험 (dielectric voltage withstand test)

전조에 고전압을 주어 소리의 울림, 핀홀 등의 유무를 조사하는 시험.

 

29. 내진성 (earthquake-proof characteristics)

지진에 대하여 축전지가 견디는 강도.

 

30. 단락전류 (short-circuit current)

축전지의 양극 단자 사이를 단락시켰을 때에 흐르는 전류.

 

31. 단자 (terminal)

외부의 전기적 회로와 연결하는 부분. 테이퍼 단자, 볼트-너트 단자, 리드선식 단자, 리드판식 단자 등이 있다.

 

32. 단자전압 (terminal voltage)

축전지의 양쪽 단자사이의 전압. 단전지 (cell) 축전지를 구성하는 개개의 전지. 단전지의 공칭전압은 연축전지는 2V, 니켈-카드뮴 축전지는 1.2V 이다.

 

33. 단전지 전압(셀전압) (cell voltage)

단전지의 단자 전압.

 

34. 드라이-업 (dry up)

과충전 등으로 전해액이 감소하여 실제 사용에 적용이 되지 않는 현상. 내부저항의 증가가 따른다.

 

35. 만곡 (buckling)

충방전에 의해서 극판이 휘어지는 것.

 

36. 묽은황산 (dilute sulfuric acid)

진한황산을 정제수로 희석한것. 연축전지의 전해액에 사용하는 경우는 보통 비중 1.200~1.300의 것을 이용한다.

 

37. 방전 (discharge)

축전지에 충전되어 있는 전기에너지를 외부로 끄집어 내는 것.

 

38, 방전량 (discharged ampere-hour)

축전지로부터 나온 전기량. 정전류의 경우에는 그 전류값과 방전시간과의 누적으로 표시한다.

 

39. 방전심도 (depth of discharge)

축전지의 방전상태를 표시하는 수치. 일반적으로 정격용량에 비하여 방전량의 비를 나타낸다.

 

40. 방전유지시간 (discharge duration time)

축전지를 규정 종지전압까지 방전했을 때의 방전시작부터 방전 끝까지의 시간.

 

41. 방전전류 (discharge current)

방전할 때의 축전지로부터 흐르는 전류.

 

42. 방전전류밀도 (discharge current density)

극판의 단위면적당 방전전류.

 

43. 방전전압 (discharge voltage)

방전할 때의 축전지 전압.

 

44. 방전 종지비중 (specific gravity of electrolyte at the end discharge)

방전 말기의 축전지 전해액 비중

 

45. 방전 종지전압 (final voltage)

방전을 정지할 때의 축전지 단자전압. 방전전류, 극판의 종류, 축전지의 구조 등에 의하여 차이가 난다.

 

46. 방전특성 (discharge characteristics)

축전지를 방전시켰을 때의 특성(효율).

 

47. 병렬연결회로 (parallel circuit)

전류의 흐름이 한 길 이상으로 통할 수 있는 경우로 같은 극끼리 연결되어 있다. 예로 12volt 50A-hour 배터리를 두개 병렬 연결하면 12volt 100A-hour의 배터리가 되는 연결법

 

48. 방폭시험 (explosion proof test)

방폭구조의 축전지로부터 발생하는 가연성 가스(주로 충전중에 발생)가 축전지 외부의 불꽃 종류에 의해서 축전지 내부에 인화, 폭발하는지를 조사하는 시험.

 

49. 배기홀 (vent hole)

축전지 내부에 발생 가스를 배출하기 위하여 상부 윗면에 설계된 구멍.

 

50. 배출 산무량시험 (escaped acid mist test)

패이스트(paste)형 또는 실(seal)형 연축전지의 충전말기에 축전지로부터 빠져 나오는 산무의 량을 측정하는 시험.

 

51. 보수인자 (maintenance factor)

축전지를 설치하는 경우에 필요로 하는 용량(축전지의 크기)를 산출하는데 있어 사용년수와 사용조건의 변화에 의하여 축전지 용량의 변동을 보상하고 정해진 부하특성을 만족하기 위하여 사용하는 보정값.

 

52. 보 충전 (auxiliary charge)

주로 자기방전을 보충하기 위하여 행하는 충전.

 

53. 봉투식 격리판 (envelope separator)

극판을 감싸 넣는 형태의 격리판

 

54. 부스터 캐이블 (booster cable)

시동 불능에 도달한 축전지에 다른 축전지를 연결하여 엔진을 시동시키는 경우에 사용되는 연결선.

 

55. 불순물 (impurity)

축전지에 원래 함유된 필요치 않은 물질. 축전지의 성능에 악영향을 미치는 물질을 나타낸다.

 

56. 부식 (corrosion)

반응성이 강한물질과 전해질의 파괴적인 화학반응. 예로 철 표면에서 묽은 황산의 반응부하 시험기 (load tester) 전기적 부하를 사용하여 배터리로부터 전류를 끌어내는 장비로 실제적인 방전 조건에서 배터리의 능력을 표시한다.

 

57. 비중 (specific gravity : Sp. Gr.)

물의 밀도에 비교된 액체의 밀도로 전해액의 비중은 순수한 물의 동일 부피의 중량에 비교된 전해액의 중량으로 표현

 

58. 비중계 (hydrometer)

보통 유리제 비중계이다. 전해액의 비중에 의하여 비중계의 위치가 변하는 원리를 이용한 것으로 전해액을 실린더에 취해서 그 중에 뜨게 하여 비중을 측정한다.

 

59. 비중구 (specific gravity indicator)

전해액의 비중변화에 대하여 뜨는 구체. 축전지의 방전 또는 충전상태를 표시한다.

 

60. 비중조정 (adjustment of specific gravity)

완전 충전후 전해액의 비중이 규정값으로 되도록 고비중의 전해액이나 정제수를 첨가하여 조정하는 것. 이 작업은 지식과 숙련을 필요로 한다.

 

61. 산무 (acid mist)

연축전지의 충전 말기에 물의 전기분해에 의하여 발생하는 가스에 수반하여 발생하는 황산분을 함유한 것.

 

62. 부동충전 (floating charge)

정류장치에 축전지와 부하를 병렬로 연결하여 항시 축전지에 일정한 전압을 주어 이것을 충전상태로 두고 정전시 또는 부하의 변경시에 끊임없이 축전지로 부터 부하로 전력을 공급하는 방식.

 

63. 부스트충전 (boost charge)

자동차용 연축전지에는 , 시동기능을 잃어버린 축전지에 충전기를 연결 하고 , 엔진시동을 보조할때의 충전. 거치식 축전지에서는 부동충전 외에도 회복충전, 균등충전 등을 말한다.

 

64. 산소과전압 (oxygen overvoltage)

실제로 산소가 발생하는 전극전위와 평형전위와의 차이.

 

65. 상부 덮개 (top cover)

축전지의 윗면을 덮는 덮개 수소과전압 (hydrogen overvoltage) 실제로 수소가 발생하는 전극전위와 평균전위와의 차이.

 

66. 설정전압 (predetermined voltage)

정전압 충전 등 사용조건을 고려하여 정해진 충전전압.

 

67. 스텝충전 (step charge)

충전 중에 전류를 단계적으로 변형시켜 행하는 충전. 정전류 충전방법의 일종이다.

 

68. 스트랍 (strap)

같은 극성의 극판의 러그를 병렬로 용접하여 형성한 막대형의 납합금의 집전체.

 

69. 시간율 (hour rate)

축전지의 충방전 전류의 크기를 표시하는 용어. 전류 i 로 방전하고 종지전압까지의 시간이 t 시간으로 된다면 이 방전을 t 시간율 (t HR)방전으로 말하고, i 를 t시간율 방전전류라 말한다. 또한 t 분간의 경우는 t MR 로 나타내기도 한다.

 

70. 시동용 축전지 (starter battery)

 엔진을 시동하기 위하여 사용하는 전지.

 

71. 실제 용량 (actual capacity)

실제로 축전지가 가지고 있는 용량. 결정된 시간율로 방전했을 때의 용량으로, 시간율과 Ah로 표시한다.

 

72. 싸이클 수명시험 (cycle life test)

규정 전류, 온도, 시간에 대한 충방전의 반복에 의해 축전지의 수명을 조사하는 시험. 축전지의 종류, 용도 등에 의하여 여러 가지 수명시험 방법이 JIS, SAE 등으로 규격화 되어 있다.

 

73. 싸이클 써비스용 축전지 (cycle service battery)

 방전, 충전을 상호반복하여 사용하는 축전지. 대표적인 것으로는 전기차용 축전지 등이있다.

 

74. 썰페이션 (sulfation)

연축전지의 활물질이 과방전, 장기방치 등에 의하여 충전을 시켜도 원상태로 회복되기 힘든 결정성 황산납으로 되는 것. 용량이나 방전전압이 낮아지기도 하며 수명에 나쁜 영향을 미친다.

 

75. 암페어-아워 효율 (ampere-hour efficiency)

충전량에 대한 방전량의 비율을 말하며 다음 식에 의하여 산출한다.

 

 AH 효율 = (방전전류×방전시간) ÷ (충전전류×충전시간) × 100 (%)

 

76. 양극 (positive electrode)

축전지의 방전시에 외부 회로에 전류가 유출하는 음극보다 높은 전위를 갖는 전극. (+) 극 이라고도 말한다.

 

77. 양극판 (positive plate)

축전지의 방전시에 외부 회로로 전류가 유출하는 쪽의 극판. 전해액에 대한 음극판의 전위보다 높다.

 

78. 에너지 밀도 (energy density)

축전지의 단위질량 또는 단위용량당 낼 수 있는 에너지. Wh/kg, Wh/ℓ 의 단위로 표시된다.

 

79. SLI 축전지 (SLI battery)

자동차용 연축전지. SLI 는 시동(starting), 점등(lighting), 점화(ignition)의 줄임말이다.

 

80. 역충전 (reverse charge)

 극성을 반대로 하여 행하는 충전.

 

81. 연축전지 (lead-acid storage battery)

양극 활물질에 이산화납, 음극 활물질에 해면상납, 전해액에 묽은 황산을 사용한 축전지. 공칭전압은 단전지당 2.0V

 

82. 연화 (softening)

연축전지에 있어 활물질의 입자간 결합력이 충방전의 반복, 고온, 고비중 등의 사용조건에 의해서 약화되고 활물질이 연약해지는 현상.

 

83. 온도 환산 (temperature correction)

전해액 비중, 용량 등은 온도에 의해 변화하는데, 표준온도의 값으로 환산을 하는 것.

옴 (ohm) 전기회로에서 저항의 측정 단위(Ω)

 

84. 옴의 법칙 (ohm' law)

전기회로에서 전압과 전류의 관계로 다음과 같이 표현할 수 있다. V = I × R (V: 볼트, I: 전류, R: 저항)

 

85. 와트-아워 효율 (Watt-hour efficiency)

방전전력량과 충전전력량과의 비율. 다음 식에 의하여 산출한다. Wh 효 율 = ( 방 전 전 류 × 방 전 시 간 × 평 균 방 전 전 압 ) ÷ (충전전류×충전시간× 평균충전전압) × 100 (%)

 

86. 완전방전 (full discharge)

축전지를 정해진 전류로 정해진 종지전압까지 방전을 하는 것.

 

87. 완전충전 (full charge)

전체 활물질을 방전전의 상태로 되돌아 갈때까지 충전하는 것.

 

88. 용량 (battery capacity)

축전지의 전기적인 성능. 보통은 암페어-아워 용량을 의미하고 단위는 Ah로 표시하며 또는 C 로 표시되기도 한다.

 

89. 용량보존율 (charge retention rate)

용량이 안정된 축전지의 실제 용량을 A 로 하고 완전충전후의 축전지를 일정기간, 일정한 조건하에서 방치한 후의 동일조건에 의하여 잔류용량을 B 로 했을 때 다음 식에 표시된 비율. 용량보존율 = (B÷A) × 100 (%).

 

90. 용량보존특성 (charge retention)

축전지를 완전충전후에 임의의 일정조건에서 일정기간, 폐로상태에서 방치한후, 그 축전지가 보유하고 있는 용량.

 

91. 용량시험 (capacity test)

축전지를 규정전류로 규정 종지전압까지 방전하고 용량을 구하는 시험. 고율방전시험, 저율방전시험 등이 있다.

 

92. 용량환산 (capacity corrention)

축전지의 용량은 방전율, 사용온도,방전종지전압 등에 의하여 변화하는데 임의 조건에 대하여 용량에 대한 환산을 하는 것.

 

93. 용량환산인자 (capacity conversion factor)

용량환산에 사용하는 계수. 축전지의 형식, 온도 및 방전종지전압에 따라 다르다.

 

94. 용적효율 (volume energy density)

축전지의 단위 용적에 해당하는 축전지 성능. 예를 들면, Wh/ℓ, Ah/ℓ 등의 단위로 표시한다.

 

 

95. 음극 (negative electrode)

축전지의 방전시 외부회로로부터 전류가 유입하는 양극보다 낮은 전위를 갖는 전극. (-) 극 이라고도 한다.

 

96. 음극판 (negative plate)

축전지의 방전시 외부 회로를 통하여 전류가 유입하는 쪽의 극판. 전해액 속에서 양극판보다 전위가 낮다.

 

97. 음극판 첨가제 (additive reagent for negative plate)

음극판의 활물질에 성능을 개선하기 위하여 첨가하는 물질. 연축전지에는 황산바륨, 리그닌, 카본 등이 있다.

 

98. 이산화연 (lead dioxide)

연축전지의 양극 활물질. 화학기호 PbO2로 표시하며 과산화연이라 말한다.

 

99. 익스팬디드 격자 (expanded grid)

납 또는 납합금의 얇은 판으로 잘라 신장시켜 제작한 격자.

 

100. 인디케이타 (indicator)

축전지의 전해액의 위치나 충전상태를 표시하는 장치. float 식과 투시식이 있다.

 

101. 일차전지 (primary battery)

전기 에너지를 수용할 수 있으나 재충전이 불가한 배터리

 

102. 자기방전 (self discharge)

외부 회로로 전류가 흐르지 않게 되는 축전지의 용량이 감소하는 것.

 

103. 자기방전율(self discharge rate)

용량이 안정한 축전지의 실제용량을 A로 하고, 완전 충전후의 축전지를 일정시간, 일정조건에서 방치한 후의 동일한 방전조건에 의하여 남아있는 용량을 B라 했을때 다음 식에 의한 비율.

자기방전율 = (A-B) ÷ A × 100 (%)

 

104. 잔류용량 (residual capacity)

부분방전 또는 장기 보존한 후의 전지내부에 축적되어 있는 용량.

 

105. 잔류 용량계 (charge indicator of battery)

축전지의 잔류 용량을 표시하는 기계. 방전량을 표시하는 것도 있다.

 

106. 저온고율방전 (high rate discharge at low temperature)

냉 각 된 축전지에서 행하는 고율방전.

 

107. 저율방전 (low rate discharge)

축전지의 용량에 대하여 비교적 작은 전류로 행하는 방전.

 

108. 이차전지 (secondary battery)

충전에 의하여 반복 사용이 가능한 전지.

 

 

109. 저율방전특성(low rate discharge characteristics)

저율방전을 한 경우의 방전특성.

 

110. 저율방전형 축전지 (low rate discharge type battery)

저율방전 향상으로 설계된 축전지.

 

111. 저장시험 (storage test)

어떠한 규정조건에서 규정시간 저장한 임의의 전지성능을 조사하는 시험.

 

112. 저저항 격리판 (low electric resistance separator)

전기저항이 적은 격리판. 특히 고율방전 특성을 요구하는 축전지에 시용된다.

 

113. 전기량 (ampere-hour : AH)

배터리에 저장되어 있는 전기량의 단위로 전류(A)와 방전 시간(hour)의 곱으로 표현한다. 예로 5A의 전류로 20시간 방전을 할 수 있는 배터리라면 5A×20hour =100AH라고 한다.

 

114. 전기 저항 (electrical resistance)

 회로에서 전류가 자유롭게 흐를 수 있는 정도의 반대개념으로 옴으로 측정한다.

 

115. 전력 (watt)

전기적인 힘을 표현하는 단위로 전력(W) = 전류(A) × 전압(V) 전력량 (watt-hour, Hr) 전력 × 시간으로 표현된 전기적 에너지의 측정단위

 

116. 전류 (current)

전기의 흐르는 비율 혹은 도선을 따라 흐르는 전자의 흐름 비율로 보통 물의 흐름과 비유된다. 암페어(A) 전압 (volt) 전기적 전위차를 나타내는 단위 전압과 전해액과의 상관 관계

 

117. 개회로 전압 = 전해액 비중(25℃인 경우) + 0.85

 

118. 전압 강하 (voltage drop)

전기적 저항을 측정했을 때 전기적 전위의 실제적인 차이.

 

119. 전조 (container)

극판군, 전해액 등을 넣은 축전지를 형성하기 위한 내산성의 용기 또는 내알칼리성의 용기

 

120. 전해액 (electrolyte)

축전지 내부의 전기, 화학반응에 따라 이온을 전도시키는 매체. 연축전지에는 묽은 황산, 알칼리 축전지에는 일반적으로 수산화칼륨 용액이 사용된다.

 

121. 접지 (ground)

회로의 기준 전위. 자동차에 사용할 경우 배터리 케이블 중의 하나를 자동차의 몸체나 프레임에 연결시킴으로써 회로를 구성한다. 오늘날 99% 이상이 음극 터미널을 접지로써 사용한다.

 

122. 정류기 (rectifier)

정류기를 사용하여 교류전력을 직류전력으로 교환하는 장치.

 

123. 즉용식 연축전지 (dry charged lead-acid battery)

액 주입후에 초기 충전을 하지 않아도 사용가능한 연축전지. 일반적으로는 간단한 보충전을 필요로 하는 경우가 많다. 또한 보충전을 함에 따라 축전지의 성능을 처음부터 충분한 사용이 가능하다.

 

124. 정저항방전 (fixed resistance discharge)

 일정한 저항을 부하로 하여 행하는 시험. 방전이 진행하고 축전지 전압이 떨어지는데 따르는 전류는 작아지지 않는다.

 

125. 정전압 수명시험 (constant voltage life test)

충전을 정전압으로써 행하는 수명시험 방법

 

126. 정전력방전 (constant watt discharge)

일전한 전력으로 행하는 방전.

 

127. 정전류, 정전압충전 (constant voltage constant current charge)

 충전 시작은 일정한 전류로 충전을 하고 충전이 진행되어 축전지의 단자전압이 임의의 설정전압에 도달한 이후. 그 전압으로서 충전을 하는 방법.

 

128. 정전류방전 (constant current discharge)

일정한 전류로 행하는 방전.

 

129. 정전류충전 (constant current charge)

일정한 전류로 행하는 충전.

 

130. 정전압충전 (constant vlotage charge)

축전지의 단자에 가하는 전압이 일정하게 유지되는 충전.

 

131. 종지방전 (cut-off discharge)

축전지의 방전량, 방전시간 등이 어떠한 일정값에 도달했을 때에 중단하는 방전방식

 

132. 중량효율 (weight energy density)

단위 중량당 얻어진 축전지의 방전특성. 예를 들면, Wh/kg, Ah/kg 등의 단위로 표시된다.

 

133. 중부하수명 (deep cycle endurance)

수명시험 방법에 있어서 1회의 방전심도가 20% 이상의 중부하 영역에서의 방전과 충전의 싸이클을 반복했을 때의 횟수.

 

134. 직렬연결회로 (series circuit)

전류의 흐름이 한길을 통하는 경우로 양극과 음극이 연속적으로 연결된 경우, 예로 만일 12volt의 배터리가 직렬로 연결되어 있다면 24volt가 되며, 용량은 같다.

 

135. 직류 (direct current : DC)

전류의 흐름이 오직 한방향 으로 흐름. 배터리에서 방전시 직류를 방전하며, 충전시 반대 방향으로 직류를 사용해야 한다.

 

136. 진동시험 (vibration test)

축전지에 진동을 가하여 기계적 강도를 조사하는 시험.

 

137. 집합 배기구조 (collective exhaust unit)

두 쎌 이상의 발생 가스를 집합하여 축전지 외부로 한꺼번에 배출하는 구조.

 

138. 초기용량 (initial capacity)

초기의 축전지 용량. JIS 등에서는 초기용량은 정격용량의 일정값 이상이면 좋다고 규정하고 있다. (예를들면, 95%) 초충전 (initial charge) 미충전 축전지의 최고 충전. 전해액 주입후 통전하여 활물질 충분하게 활성화하는 것.

 

139. 총전압 (total voltage)

 2개 이상의 단전지를 직렬로 연결한 경우의 전체 전압.

 

140. 최대방전전류 (maximum discharge current)

변형, 외관이상, 극주의 용접절단 등을 발생하지 않는 범위에서 방전 가능한 최대전류

 

141. 축전지 (battery)

2개의 다른 전극과 1개의 도전성 물질로 구성되어, 그것에 의하여 화학적 에너지와 전기적 에너지가 상호 교환하는 계(system). 일반적으로 2차전지라 말한다.

 

142. 축전지 내부압 (internal cell pressure)

축전지의 내부 압력. 전해액 성분의 전기분해에 의하여 가스발생과 음극판에서의 산소가스의 흡수 등에 의한 축전지내부의 압력이 변화한다.

 

143. 출력밀도 (power density)

단위 중량당 얻어진 축전지의 출력. 예를 들면, W/kg 등의 단위로 표시된다.

 

144. 충방전횟수 (cycle number)

 충전방전을 반복하는 경우의 충방전 횟수. 1회 충전, 1회 방전을 1 회(싸이클)로 한다.

 

145. 충전 (charge)

 축전지에 외부 회로로부터 직류를 공급하고 극판 활물질을 화학 변화시켜서 축전지 내부에 전기에너지를 화학에너지로서 축적하는 일.

 

146. 충전기 (battery charger)

 축전지의 충전에 편리하도록 사용 되는 정류기. 정류장치라 말한다.

 

147. 충전량 (charged ampere-hour)

 충전에 사용되는 전기량. 정전류충전의 경우에는 그 전류값과 충전시간의 누적으로 된다. 단위는 암페어-아워(Ah)

 

148. 충전말기 전압 (end-of-charge voltage)

 충전 말기에 통전 상태에 있는 축전지의 전압.

 

149. 충전부족 (poor charged state)

충분히 충전시키지 않은 상태. 항상 충전 부족상태로 되어 있으면 수명이 단축된다.

 

150. 충전 상태 (state of charge)

 배터리에 저장된 전기적 에너지의 양으로 주어진 시간에서 만충전상태를 %단위로 표현

 

151. 충전수입성 시험 (charge acceptance test)

 방전된 축전지가 얼마나 충전될 수 있는가를 조사하는 시험.

 

152. 충전전류 (charge current)

 충전중에 흐르는 전류. 정전류 충전의 경우 항시 일정한 전류가 흐른다. 정전 압충전의 경우에는 충전의 진행에 따라 전류값이 작아지게 된다.

 

153. 충전전압 (charge voltage)

 충전중의 축전지 전압.

 

154. 충전특성 (charge characteristics)

충전시의 전류, 전압, 시간 등의 관계

 

155. 충전효율 (charge efficiency)

암페어-아워 효율과 와트-아워 효율과의 총칭. 암페어-아워 효율의 의미로 사용하는 경우가 많다.

 

156. 측면터미날 (side terminal)

축전지의 측면부위에 설계된 단자. 자동차용 축전지 일부에 사용되고 있다.

 

157. 트리클 충전 (tricle charge)

축전지의 자기방전을 보충하기 위하여 부하로부터 떼어노은 상태에서 끊임없이 미세한 전류로 행하는 충전.

 

158. 파이럿-쎌 (pilot cell)

전지 성능시험 등으로 배터리를 대표하는 단전지.

 

159. 패이스트식 연축전지 (pasted type lead-acid battery)

 양극, 음극에 패이스트식 극판을 사용한 연축전지.

 

160. 폐로전압 (on-load voltage)

축전지에 부하를 연결하여 방전시키고 있을 때의 전압.

 

161. 폭발한계 (explosion limit)

폭발이 일어나기 위해서 필요한 가스농도, 압력 등의 한계. 예로서 수소 공기의 혼합기체에는 폭발 하한선의 수소농도는 4~9% 정도로 알려 있다.

 

162. 형식(designation)

형식 또는 명칭외에 축전지 갯수 등 필요한 사항을 포함하는 것. 따라서 조전지의 종류 등을 동시에 표시하는 것도 좋다.

 

163. 하이브리드 배터리 (hybrid battery)

극판 격자합금이 양극과 음극이 다른 연축전지., 예를 들면 양극격자는 Pb-Sb계 합금, 음극격자는 Pb-Ca계 합금을 사용하는 자동차용 연축전지.

 

164. 해면상납 (spongy lead)

다공성으로 생성된 납으로 연축전지의 음극판의 활물질은 해면상납으로 불린다.

 

 

165. 허용 최저전압 (allowable minimum voltage)

부하쪽에 기계가 요구하는 최저 전압값으로 전지와 부하의 사이에 연결선 등의 전압강하를 가하는 전압.

 

166. 화성 (formation)

극판을 적당한 전해액 속에서 전해시킨 양극판, 음극판에 각 극성을 갖게 하는것. 연축전지에는 건조시킨 극판을 희황산 속에서 전해시키고 산화 및 환원에 의하여 양극판의 납산화물을 이산화연, 음극판을 해면상 납으로 변화시킨다.

 

167. 활물질 (active material)

전극의 전기화학 반응물질. 연축전지의 경우 양극의 이산화납, 음극의 해면상납.

 

168. 활물질의 이론용량 (theoretical capacity of active material)

활물질량에 대한 이론적인 용량. 예로서 연축전지에서 음극 활물질(Pb) 3.866g, 양극 활물질(PbO2) 4.463g 의 이론용량은 1Ah 이다.

 

169. 활물질의 이용율 (active material utilization)

전체 활물질 질량에 대하여 실제로 방전반응에 참여한 활물질 질량의 비율 또는 이론용량에 대한 실제용량의 비율.

 

170. 회로 (circuit)

전자의 흐름 통로, 폐회로인 경우는 전자의 흐름이 가능한 경우나 개회인 경우는 절단되거나 연결이 되지 않은 경우이다.

 

171. 회복충전 (recovering charge)

방전된 축전지를 다음 방전을 위하여 용량이 회복될 때까지 충전을 하는 것.

 

172. 회전 (cycle)

배터리에서 한번 방전 그리고 한번 충전을 1회전 혹은 1사이클(cycle)이라 한다.

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LIC(리튬이온 캐패시터) 전지

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 26. 08:29 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

LIC(리튬이온 캐패시터) 전지

1. 전지의 개요

 리튬이온 캐패시터(LIC : Lithium-ion Capacitor)는 전기이중층 캐패시터(EDIC : Electric Double Layer Capacitor)와 리튬이온 2차 전지(LIB)의 특징을 겸비하는 하이브리드 캐패시터(Hybrid Capacitor)이며, 고 에너지 밀도, 신뢰성, 긴수명, 안정성으로 인해 활발하게 진행되고 있다.

 리튬이온 캐패시터란 음극에 리튬 첨가 가능한 탄소계 재료를 이용하고, 양극에서는 통상의 전기이중층 콘데서에 이용되고 있는 활성탄, 혹은 폴리머계 유기 반도체 등의 캐패시터 재료를 이용한 하이브리드 캐패시터이다. 음극에 전기적으로 접속된 금속 리튬이 전해액의 주액과 동시에 국부 전지를 형성해, 음극의 탄소계 재료에 리튬이온으로서 첨가가 시작힌다.

 첨가가 완료되며 음극의 전위는 개략 리튬의 전위가 되어, 리튬이온 캐패시터는 충전 전의 초기 전압으로서 3V 미만의 전압을 가진다. 따라서 통상의 전기이중층 콘덴서와의 충방전 전위를 비교하면, 양극의 전위를 너무 높게 설정하지 않아도, 고전압을 얻을 수 있어 이것이 결과적으로 신뢰성 향상의 한 요인이다.

 리튬이온 전지는 값이 비싸고, 충방전 속도(출력밀도)가 충분하지 않으며, 충방전 반복에 의한 열화가 문제이다. 특히 충전에 시간이 많이 걸리는 문제는 가장 큰 난제이다. 이를 획기적으로 개선 할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 전지가 부상하고 있다. 지금까지 무정전 비상전원 장치에 사용되어 온 리튬이온 캐패시터이며, 부품기술이나 재료 기술의 발전에 따른 것이다.

리튬이온 캐패시터 구조(출처: LIC 삼신 디바이스)

 리튬이온 캐패서터는 전기이중층 캐패시터라고 하는 축전 부품과 리튬이온 2차 전지를 조합한 하이브리드 구조이다. 전기 이중층 캐패시터의 정극(+)과 리튬이온 2차전지의 부극(-)을 연결한 것이다.

전기이중층 캐패시터는 전극 표면에 이온이 접근해서 만들어지는 전기 2중층을 캐패시터(콘덴서)로서 이용하는 것이며, 충방전이 아주 빠르지만(출력밀도가 높지만), 에너지 밀도는 낮다. 그래서 부극(-)을 치환함으로써 출력밀도와 충방전 반복 가능횟수를 리튬이온 2차 전지에 비해 한 자리수 이상 개선하고, 에너지 밀도를 전기이중층 캐패시터의 몇 배 이상으로 높여서 리튬이온 전지와 비슷한 성능을 지닌다.

 유망한 전지로는 리튬이온 전지가 있다. 이 리튬이온 전지에 비해 리튬이온 캐패시터는 순간적으로 커다란 에너지를 얻을 수 있기 때문에 순간 전압저하 보상장치 등 산업용 장비에 사용되고 있다.

LIC 응용 분야

 리튬이온 캐패시터는 특징을 살려서 태양광 발전 등의 자연 에너지와 조합으로 생태계 및 장수명화에서 환경 부하 저감으로의 공헌을 기대할 수 있는 장치이다.

 또한 박형은 비접촉 충전 등의 급속 간이충전 시스템과 조합 및 자연 에너지 충전에 의한 소형 모바일 기기, 통신 기기 등에 적용할 수 있다.

일본 ACT사 리튬이온 캐패시터 전지

 응용 분야는

① 급속 충전, 경량, 저자기 방전의 특징을 민생 기기용 전원

② 미터 통신& 검침 System

③ 태양전지, 풍력발전과 조합한 축전 장치(가로등, 소형 LED 조명등)

④ 에너지 절약 기기의 보조 전원(복사기 급속가열, 프로젝트 등)

⑤ 자동차 전자 제어 관련(idling-stop devices, drive recorders, brakes-by wire ) 등에 일부 실용화 되어 사용되고 있다.

2. 리튬이온 캐패시터의 전지의 장단점

표 리튬이온 캐패시터 전지의 장단점

리튬이온의 단점

- 값이 비싸다.

- 충방전 속도(출력밀도)가 불충분

- 충방전 반속에 의한 열화 문제

- 특히 충전에 시간이 많이 걸리는 문제

- 충방전 횟수는 1000~2000번이 한계

- 메일 충방전을 반복하는 경우 3년 정도면 수명이 끝남

- 리튬은 철이나 알루미늄에 비해 채굴량이 많이 않은 희귀금속(희토류금속)에 속한다. 게다가 생산의 대부분을 중국에 의존하고 있으며, 미래에도 자원의 장기적 확보가 어렵다.

리튬이온 캐패시터 장점

- 전기이중층 캐패시터라고 하는 축전부품과 리튬이온 2차 전지를 조합한 하이브리드 구조의 전지

- 무정전 비상전원장치에 사용

- 100~200만 번 충방전이 가능하므로 수명은 반영구적

- 단자간의 전압으로부터 에너지 잔량을 정확히 측정할 수 있는 이점

- 50센티미터~1미터의 거리를 송수신 안테나가 상당히 떨어져 있어도 송전할 수 있다.

리튬이온 캐패시터의 단점

- 에너지 밀도가 낮다.

- 1회 충전하고 시속 40km로 주행하면 10~20분 정도에 전기에너지가 소진된다. 대안으로 무선급전으로 전기를 공급하면 된다.

LIC(Lithium Ion Capacitor) 비교

이차전원

전기이중층커패시터(EDLC)

리튬이온커패시터(LIC)

리튬이온전지(LIB)

정극(+)

활성탄

활성탄

리튬메탈옥사이드

부극 (-)

활성탄

흑연계탄소

흑연계탄소

에너지밀도

Low

Medium

High

출력밀도

High

Medium

Low

신뢰성

High

Medium

Low

전압

~ 3.0V

3.8V

4.2

 

 

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Ni-Zn(니켈아연 전지)

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 25. 14:01 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

Ni-Zn(니켈아연 전지)

 Zn/Ni 전지는 1901년경 러시아인 Mikhailouski가 특허를 출원한 이후 독일에서는 1930년에 들어 이를 전기자동차용으로 사용하기 위한 연구개발이 진행되었다.

 2Hi(OH)2(s) + Zn(OH)2(s) 2Ni (OH)3(s) + Zn

(−) electrode:  Zn + 4 OH− ⇌ Zn(OH)42− + 2e− (E0 = −1.2 V/SHE )
Electrolyte: KOH
Zn(OH)42− ⇌ Zn(OH)2 + 2OH−
Zn(OH)2 ⇌ ZnO + H2O
(+) electrode:  2 NiO(OH) + 2 H2O + 2 e− ⇌ 2 Ni(OH)2 + 2 OH− (E0 = +0.50 V/SHE)
Overall reaction:  Zn + 2 NiO(OH) + H2O ⇌ ZnO + 2 Ni(OH)2
Parasitic reaction:  Zn + 2 H2O → Zn(OH)2 + H2

 그러나 1950년대에 이르기까지 실용화된 기록이 없다가 1960년대에 접어들면서 유럽 및 미국에서 연구가 활발하게 진행되었다.

니켈아연 전지의 특징

① 에너지 밀도가 45~65 Wh/kg으로 납축전지보다 높다

② 가격은 Ni-Cd 전지 대비 저렴하다

③ 충전량은 방전량의 110% 이내여서 충분하다

④ 충전 상태나 방전 상태에서도 장시간의 보존이 가능하여 유지보수가 간단하다

⑤ 내진동성, 내충격성 등이 우수하다.

 그러나 에너지 밀도가 높더라도 납축전지와의 차이가 적기 때문에 1 충전 주행 거리를 획기적으로 확장하기는 어렵고, 아연 전극의 수명이 짧다는 단점도 있다. 따라서 미래의 전기자동차 전원으로 사용하기 위해서는 대폭적인 수명 성능의 향상이 필요하다.

 

찻대 전지, 니켈-아연 전지

 높은 에너지 밀도와 높은 비율의 방전이 가능하나 우수한 성능로 인해 많은 종류의 알카리 전지에서 아연이 사용되는데, 그 중에서 전기 자동차용 2차 전지로서 니켈-아연 전지의 활용 가능성이 가장 크다. 그러나 충전 반응 시 일어나는 아연 전극에서의 불균일한 조직형성 때문에 누전과 수차례 충방전을 반복하면서 발생하는 전극 변형에 의한 전지용량 감소가 초래되어 전지의 수명이 200~300회 정도에 불과해서 아직까지 상용화에는 어려움이 있다.

 니켈-아연 전지는 전극에 따라 다소 제조과정이 다르다. 먼저, 양극에 해당하는 니켈전극은 일반적으로 소결식으로 제조되는데, 이 방법은 니켈 집전체 위에 부피비로 75~80%에 달하는 기공을 갖는 Ni 소형판을 소결방법으로 제조한 후, Ni(NO3)2를 함침하여 Ni(OH)2 활물질을 생성시키고 나서 충방전을 통한 화성공정을 거쳐 전극으로 제조한다.

 음극 전극의 경우, 아연산화물 분말을 주성분으로 하여 아연금속 분말과 몇 가지 첨가제를 혼합하여 집전체에 도포하는데, 도포하는 방법으로는 건식법으로 해야 전극에서 발생하는 산소의 발생전위를 높을 수 있다. 다음, 내알카리성을 갖는 금속이 전착도금 된 구리 집전체 위에 활성물질과 첨가제가 혼합된 분말을 가압 성형함으로써 전극이 제조된다.

 전지의 수명에 영향을 미치는 요인 중의 하나인 분리판은 각종 재질과 구조가 이용되는데, 알카리에 강한 종이, 유기질 다공성 박막 등 3중 구조로 이루어져 있다. 수명에 중대한 또 한가지 요인인 전해액은 일반적으로 25~35% 수산화칼륨 용액이나, 여기에 수산화리튬 용액을 혼합하여 사용한다.

 니켈-아연 전지는 전기자동차용으로 많은 가능성을 지니고 있다. 또한 높은 출력과 에너지 밀도, 낮은 가격, 안정성, 원료 및 제조 공정의 무공해성 등 전기자동차용 전지가 갖추어야 할 성능을 갖추고 있으므로 그 수명 특성을 개선 할 경우 전지의 가격과 더불어 성능을 비교하면 니켈-금속수소화합물, 나트륨-황 등의 여타 전지들과 경쟁이 가능할 것이다. 결국 니켈-아연 전지의 실용화를 앞당김으로써 가까운 장래에 환경오염 및 에너지고갈 문제를 완전 해결한 전기자동차가 실용화 될 수가 있다.

 

 

 

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납축 전지

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 21. 14:03 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

납축 전지

 자동차 내연기관에 사용되고 있는 전지는 납산 전지와 알카리 전지의 두 종류가 있으나, 대부분 납산 전지를 사용하고 있다. 알카리 전지는 납 전지에 비해 과다 충방전에 견디고 수명이 길다. 그러나 원료의 공급 등에 제한을 받고 값이 비싸다는 단점이 있다.

 납축전지는 전극으로 납을 사용하기 때문에 전지의 중량이 무겁고, 에너지 밀도는 2차 세계 대전 중에 약 20 Wh/kg 전후였으나, 종전 후에는 재료 혁명의 영향으로 성능, 수명이 크게 발전하여 지금도 자동차 및 기타 산업의 시동용 전지로 많이 사용되고 또한 성능향상이 이루어 지고 있다. 현재 전기자동차용 납축전지의 에너지 밀도는 약 40 Wh/kg(5 HR)이고, 대전류 방전에 있어서도 비교적 양호한 특성을 보여주고 있다. 영국에서의 우유 배달차 전원으로 사용되는 납축전지의 에너지 밀도는 25 Wh/kg 전후로 상당히 낮은 편이다. 그러나 영국은 일정 반경에서만 사용하는 제한적 주행거리에는 에너지 밀도도 충분하고, 전지의 수명은 약 4년간 보증하여 사용하고 있다.

 현재 사용되고 있는 전지 중인 납축전지는 가장 저렴하여 전기자동차의 전원으로 사용될 경우 엔진차에 비교적 저렴한 가격으로 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한 폐전지로부터 납의 회수가 용이한 장점이 있다.

 그러나 에너지 밀도가 낮은 40 Wh/kg 전후의 전지를 탑재할 경우 전기자동차의 1충전 주행거리는 연속주행에서 약 100 km 전후이고, 도시 내에서 GO/STOP의 반복으로 인해 이의 약 1/2 또는 그 이하의 주행거리로 감소한다. 물론 이 정도의 주행 거리로 용도에 따라 실용성이 있으나, 광범위한 목적으로 활용하기 위해서는 에너지 밀도를 높이지 않으면 안된다.

 납축전지의 또한 단점으로는 방전 후의 충전에 통상 6~8시간의 상당히 긴 시간이 요구되는 것이다. 효과적인 충전을 하기 위해서는 저렴하고 신뢰도가 높은 충전기의 제어기구가 개발되어야 하며, 이를 개발하기 위해서는 보다 많은 연구 개발이 필요하다. 향후 전지의 액보충 횟수를 줄이거나, 전지의 밀폐화로 액보충을 없애는 방안, 충방전량을 알려주는 지시계의 개발, 전지에 관한 유지 관리의 간소화를 위한 성능 향상 연구가 추진되어야 할 것이다.

납축전지

1) 납 전지

양극판 : 과산화납(PbO2, 다갈색)

음극판 : 해면상납(Pb, 순납)

전해액 : 비중 1.2~1.3 정도의 묽은 황산(2H2SO4)

셀당 기전력 : 2.1[V]

2) 알카리 전지

양극판 : 수산화 제2니켈(ZLI(CH)3) à수산화니켈(ZLI(CH)2)

음극판 : 카드뮴(Cd)à수산화 카드뮴(Cd(OH)2)

전해액 : 수산화알카리 용액(KOH)

 양극에 수산화 제2니켈, 음극에 카드뮴, 전해액으로는 알카리 용액을 사용한 것이 널리 사용되고 있다. 기전력은 약 1.2V이다. 알카리 전지의 특징은 진동에 견디며 자기방전이 적고 평균수명이 길고 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있다.

[1] 전지의 구조와 작용

 현재 납산 전지의 구조는 아래와 같으며, 여러 개의 단전지(Cell)로 이루어진 케이스가 있고, 각 단전지마다 양극판과 음극판, 격리판 및 전해액이 들어 있다. 또한 양극판은 음극판보다 적용이 활발하여 쉽게 파손되므로 화학적인 평형을 고려해서 음극판을 한 장 더 많이 둔다.

 

납전지의 4대 구성 요소

1) 양극(cathode) : 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 전극

2) 음극(anode) : 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 전극

3) 전해질(electrolyte) : 양극의 환원 반응, 음극이 산화반응이 화학적 구조를 조화를 이루도록

                      물질이동이 일어나는 매체

4) 분리막(separator) : 양극과 음극의 직접적인 물리적 접촉 방지를 위한 격리막

 1) 극판(plate)

 아래와 그림과 같이 납과 안티몬 합금의 격자 속에 납 산화물의 분말을 묽은 황산으로 반죽(paste)하여 붙인 상태로 만든 것을 충전하여 건조시킨 후 전기 화학처리를 하면 양극판은 다갈색의 과산화납(PbO2)으로, 음극판은 해면상납의 작용물질로 변한다.

 극판의 두께는 2[mm] 또는 3[mm] 정도의 얇은 극판도 만들어지고 있다.

2) 격리판(separator)

격리판의 기능은 음양극판 사이에 끼워져 단락을 방지한다. 그 종류에는 강화섬유 격리판, 비공석 고무 격리판, 합성수지 격리판이 있다. 또한 이 격리판(separator)은 부도체이며, 전해액이 자유로이 확산할 수 있도록 다공성이어야 하면, 또 내산성과 내진성이 우수해야 한다. 또한 격리판의 설치는 화학작용을 원활하게 하기 위하여 주름진 쪽이 양극판(+극판 : positive plate)쪽을 가게 한다. 홈이 있는 면이 양극판 쪽으로 끼워져 있고, 단독 또는 글래스 매트(glass mat)와 함께 사용한다. 글래스 매트는 양극판의 양면에 끼워져 어떤 일정 압력으로 눌러 진동에 약한 작용물질이 떨어지는 것을 방지한다(글래스 매트: 유리 섬유판)

납축전지 격리판

 3) 유리 매트(glass mat)

 양극판의 작용물질은 진동에 약하여 떨어져 나가기 쉬우므로, 이것을 방지하여 전지의 수명을 길게 할 목적으로 유리 섬유의 매트로 양 극판의 양쪽에서 작용 물질을 누르듯이 끼워 놓는다.

 4) 극판군(plate group)

 극판군은 여러 장의 극판을 그림과 같이 조립하여 연결편(strap)과 극주(terminal post)를 용접해서 만든다. 이렇게 해서 만든 극판군을 단전지라 하고, 완전 충전 시 약 2.1[V]의 전압이 발생한다. 따라서 6[V] 전지는 단전지 3개로 되어 있고, 12[V] 전지는 6개의 단전지가 직렬로 접속되어 있다.

 단전지 속의 양 극판의 매수는 3~5 정도이고, 많은 것은 14매 정도다. 극판의 매수는 많을수록 극판의 대량면적이 많아지므로 전지의 용량은 커진다. 단전지는 몇 장의 극판을 접속편에 용접하여 단지 기둥에 연결한 것이다. 또는 셀(cell)이라고 한다. (+), (-)극판은 1장씩 서로 엇갈리게 조립되고 비교적 결합력이 강한 음극판이 바깥쪽에서 양극판을 보호하기 위하여 양극판 보다 1장 더 많게 조립된다.

셀당 양극판의 수 : 3~5(최고 14)

② 완전 충전시 셀당 기전력 : 2.1 [V]

③ 단전지 6개를 직렬로 연결 : 12 [V]

5) 케이스(case)

전지의 몸체을 이루는 부분이며 내부에 칸막이를 두어 단전지(cell)를 구분하고 있다. 또한 극판 작용물질의 탈락으로 인한 침전물의 쌓임을 방지하여 단락(short)이 일어나지 않게 하는 엘리먼트 레이스가 케이스 및 부분에 설치되어 있다.

 케이스는 각 셀(cell)에 극판군을 넣은 다음 합성수지(plastic) 또는 에보나이트, 경고무 등으로 성형하고 있으며 케이스의 밑부분 엘리먼트 레스트(element rest)는 극판작용 물질의 탈락이나, 침전 불순물의 축적에 의한 단락을 방지한다.

커버의 중앙부에는 전해액이나 증류수를 주입하기 위한 주입구인 필러 플러그(filler-plug)가 있다. 플러그(plug)의 가운데 부분이나 옆부분에 작은 통기 구멍이 있으며, 이 구멍은 전지 내부에서 발생하는 수소가스나 산소가스를 방출하는 역할을 한다.

6) 필러 플러그(filler plug)

 필러 플러그는 합성수지로 만들며, 벤트 플러그(vent plug)라고도 한다. 필러 플러그는 각 단전지(cell)의 상부에 설치되어 전해액이나 증류수를 보충하고 전해액의 비중을 측정할 비중계의 스포이스나 온도계를 넣을 때 사용한다. 또한 전지 내부에서 발생하는 가스를 외부에 방출하는 통기공이 뚫려 있다.

 

 7) 커넥터와 터미널(connector and terminal post)

커넥터는 납 합금으로 되어 있으며, 전지 내의 각각의 단전지(cell)를 직렬로 접속하기 위한 것이다. 또한 기동시의 대전류가 흘러도 발열하지 않도록 굵게 되어 있다. 터미널은 납 합금이므로 외부 연결계와 완전자한 접촉을 이룰 수 있으며, 크기가 규격화 되고 양극이 음극보다 조금 크게 되어 있다.

① 커넥터 : 각 셀을 직렬로 접속하기 위한 것이며 납 합금으로 되어 있다.

② 단자기둥 : 납 합금으로 되어 있으며 외부 회로와 확실하게 접속되도록 테이퍼로 되어 있다.

 

 8) 전해액

전해액은 무색, 무취의 순도 높은 묽은 황산이며, 전지 내부의 화학작용을 돕고 각 극판 사이에서 전류를 통하게 하는 일을 한다.

비중이란 물체의 중량과 그 물체와 같은 부피의 물(4[])과의 중량비를 말하며 진한 황산의 비중은 1.835이다. 전지에 어느 정도의 전기가 축적되어 있는가를 아는 방법으로서, 보통 전해액의 비중을 측정한다.

전해액 비중은 전지가 완전 충전 상태일 때 20[]에서 1.240, 1.260, 1.280의 세 종류를 쓰며, 열대 지방에서는 1.240, 온대 지방에서는 1.260, 한랭지방에서는 1.280을 쓴다. 국내에서는 일반적으로 1.260(20[])을 표준으로 하고 있다. 전해액은 순도 높은 무색, 무취의 황산에 증류수를 혼합한 묽은 황산을 사용한다. 전해액은 그 전력을 높이고 방전시에 내부 저항의 증가를 적게 하고 있다.

 

전지의 충방전

방전 : 묽은 황산속에 수소는 양극판속의 산소와 화합하여 물을 만들기 때문에 비중이 낮아진다.

충전 : 양음극판에서 수소와 산소 발생

납축전지 화학반응

1. 비중에 의한 충방전 상태

충전상태

20[]일 때의 비중

밧데리 전압

완전충전(100%)

1.26 – 1.28

12.6 이상

3/4충전(75%)

1.21 – 1.23

12.0

1/2충전(50%)

1.16 – 1.18

11.7

1/4충전(25%)

1.11 – 1.13

11.1

완전방전(0%)

1.06 – 1.08

10.5

 

[전지의 화학작용]

 1) 충방전 작용

전지의 +, - 양 단자 사이에 부하(load)를 접속하여 전지에서 전류가 흘러나가는 것을 방전(discharge)이라 하고, 반대로 충전기나 발전기 등의 직류 전원을 접속하여 전지로 전류가 흘러 들어가는 것을 충전(Charge)라고 한다.

 방전이나 충전을 하면 전지 내부에서는 양극판, 음극판 및 전해액 사이에 화학 반응이 일어난다. 즉 전지의 충방전작용은 극판의 작용물질인 과산화납(PbO2)과 해면상납(Pb) 및 전해액인 묽은 황산(H2SO4)에 의해 화학반응을 하게 된다.

방전

양극판인 과산화납은 방전하면 과산화납 속의 산소가 전해액(황산)의 수소와 결합하여 물이 생기고, 과산화납 속의 납은 전해액의 황산기(SO4)와 결합하여 황산납이 된다. 또한 음극판인 해면상납은 양극판과 같이 황산납이 된다.

 이와 같이 방전시키면 양극과 음극의 극판은 황산납이 된다. 전해액은 액속의 황산분이 감소하고 생선된 물에 의해 묽게 된다. 따라서 방전이 진행됨에 따라 전해액의 비중이 낮아져 극판이 황산납으로 변하고, 극판 사이의 도체인 전해액이 물로 되기 때문에 전지의 내부 저항이 증가하여 전류는 점점 흐르지 않게 된다.

전체 반응식  :     PbO₂ + Pb + 2H2SO₄ ⇔ 2PbSO₄ + 2H₂O

  - 양극 반응식 : PbO₂ + 3H- + HSO₄ - + 2e ⇔ PbSO₄ + 2H₂O

   -음극 반응식 : Pb + HSO₄ - ⇔ PbSO₄ + H + + 2e

납축전지 방전율

전지 방전

- 양극판 : 과산화납(PbO2) à 황산납(PbSO4)

- 음극판 : 해면상납(Pb) à 황산납(PbSO4)

- 전해액 : 묽은 황산(H2SO4) à (H2O)

 

충 전

 외부의 전원에서 전지에 충전전류를 흘러 들어가게 되며, 방전으로 인해 황산납으로 변한 음극판과 양극판의 작용물질은 납과 황산기로 분해 되고, 전해액 속의 물은 산소와 수소로 분해 된다. 분해 된 황산기와 수소가 결합하여 황산이 되어 전해액으로 환원한다. 이 때 전해액의 황산농도는 증가하여 비중이 높아진다. 이 상태로 되면 양극판은 과산화납이 되고, 음극판은 해면상납(Pb)으로 된다.

 자동차의 배터리 등 평소 흔히 쓰이는 전지의 대표적인 것에 연() 전기가 있다. 전지는 전기를 저축하고 있는 것이 아니라, 전기 에너지를 만들어내는 화학 에너지를 저장하고 있는 것이다. 물은 황산 속에 이산화연판을 (+)극으로, 순수한 납(Pb)판을 (-)극으로 넣는다. 그런 다음 연축전지의 두 극을 도선으로 연결하며 다음과 같은 화학 반응이 일어난다. 즉 묽은 황산 용액 속에는 황산이 전리되어 수소 이온 2와 황산이온으로 된다.

[3] 전지의 특성

1) 전지의 용량

 전지의 용량은 극판의 장소, 면적, 두께, 전해액 등의 양이 많을수록 커지며, “ 완전 충전된 전지를 일정한 방전 전류로 계속 방전하여 단자전압이 완전방전 종지전압이 될 때까지, 전지에서 방출하는 총 전기량을 전지의 용량이라 하며 다음과 같다.

 여기서 방전시간이란 완전 충전 상태에서 방전 종지전압까지의 연속 방전하는 시간을 말한다. 이것을 암페어시() 용량이라 하며, Ah(ampere hour)의 단위를 쓴다.

전지의 욜량[Ah] = 방전전류[A] x 방전시간[h]

2) 자기방전[Self discharge]

 전지는 사용하지 않고 그대로 방치해 두어도 조금씩 방전을 일으키는데, 이러한 현상을 자기방전이라 한다. 자기방전은 그때의 환경에 따라 다르다. 예를 들며, 전해액의 비중이 높을수록, 주위의 온도와 습도가 높을수록, 사용기간 길수록 방전량이 많다.

 자기방전의 주요 원인은 전해액 속의 불순물에 의해 음극과의 사이에 국부 전지가 생기고, 또 격자(grid)와 양극판의 작용물질 사이에 국부전지가 생겨 방전하는 경우가 있다. 그리고 전지의 와부 표면에서 생기는 누전 전류도 자기방전의 원인이 된다. 자기방전량은 전지 실용량에 대한 백분율로 나타내며 보통 0.3~1.5[%] 정도이다.

 자기 방전에서 특히 주의해야 할 점은 장기간 사용하지 않은 경우의 자기방전으로 인한 과도한 방전이다. 이 과도한 방전으로 인한 설페이션(sulfation)을 일으키면 완전 회복이 어려워지며 다시 사용하지 못하는 경우도 발생한다.

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니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd, 니카드 전지)

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 12. 00:25 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

니켈-카드뮴 전지(Ni-Cd, 니카드 전지)

니켈 카드뮴 전지의 역사

 대형의 Ni-Cd 전지는 2차 대전 중에 유럽에서 개발되었고, 소형의 Ni-Cd 전지는 또한 유럽에서 1960년대 유럽에서 상용화 되었다. Ni(OH)2를 양극으로, Cd을 음극으로 사용하는 전지이며, 알카리 수용액을 전해질로 사용한다. 납축전지와 Ni-Cd 전지의 가장 큰 차별점은 전해질을 황산 대신 알카리 수용액을 사용한다. 알카리 수용액은 황산화 같은 산성 수용액보다 전도성이 뛰어나다는 장점이 있다.

 대형 Ni-Cd 전지는 철도, 차량용, 비행기 엔진 시동용 등을 비롯하여 고출력이 요구되는 다양한 산업 및 군사 용도로 사용되고 있다. 방전 시에 일어나는 가스 발생을 제어하는 기술이 개발되어 밀페식으로 만들어 진 것이 바로 소형 Ni-Cd 전지이다.

 디지털 기기에서의 배터리는 니카드 전지(니켈 카드뮴)에서 니켈수소전지, 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지로 이동하고 있다. 이런 상황에서 니켈카드뮴 전지는 유해 중금속 물질인 카드뮴 사용으로 인체건강 및 환경에 좋지 않아 점차 사용이 줄어 들고 있다. 현재 광범위하게 사용되고 있는 노트북, 휴대전화의 전원도 니켈카드뮴 전지에서 출발하여 리튬이온전지가 대세가 되었다.

원리와 구조

니켈 카드뮴 전지의 반응식은 다음과 같다. 양극은 니켈 산화물, 음극은 카드뮴화합물을 활성 물지로서 전해액은 주로 수산화 칼륨 수용액을 사용하고 있다.

             2Ni(OH)2+Cd(OH)2 2NiOOH+Cd+2H2O

 원통형 니켈카드뮴 전지의 내부는 얇은 시트 모양의 양음극판을 나일론이나 폴리프로필렌을 소재로 한 부직포로 된 격리판을 통하여 말은 상태로, 강철제의 견고한 외장 캔에 수납되어 있다.

, 과충전시에 양극에서 발생한 산소 가스는 음극에서 흡수되어 전지 내부에서 소비하는 메커니즘으로 되어 있다. 규정 이상의 내부 가스압 상승에 대비하여 복귀식 가스 배출 밸브를 설치하고 있다.

충전 특성

니켈 카드뮴 전지의 충전특성은 전지의 종류, 온도, 충전전류에 따라 달라진다. 충전이 진행됨과 동시에 전지 전압은 상승하여 어는 정도 충전량에 도달하면 피크 전압을 나타낸 후에 강하된다.

 이 전압 강하는 충전말기에 발생하는 산소 가스가 음극이 흡수될 때의 산화열로 전지온도가 상승하기 때문에 발생한다. 충전기를 설계할 때 이 음극에 흡수되는 속도 이상으로 산소 가스를 발생 시키지 않아야 한다는 것이 중요하다.

 충전에 3가지 종류가 있다.

- 트리클 충전 : 0.033 C[A] 정의 소전류로 연속 충전

- 노멀 충전   : 0.1~ C~ 0.2 C [A]에서 150% 정도의 충전

- 급속 충전  : 1 C ~1.5 C [A]에서 약 1시간의 충전이 가능, 만충전 제어가 필요

방전 특성

니켈 카드뮴 전지의 방전 동작 전압은 방전전류에 의해 다소 변화되지만, 방전기간의 약 90% 1.2 V 전후를 나타낸다. 또한 건전지나 연축전지에 비해 방전 중인 전압변화가 적어 안정된 방전 저압을 나타낸다. 방전 종지 전압은 기기의 설계상 1셀당 0.8V ~1.0V가 적당하다. 또한 내부저항이 작기 때문에 외부 단락 시 대전류가 흐르기 때문에 보호부품 등의 설치도 필요하다.

 

메모리 효과란

 방전 종지 전압이 높게 설정되어 있는 기기나 매회 얕은 방전 레벨에서 사이클을 반복했을 경우, 그 후의 완전방전에서 방전 도중에 0.04 ~ 0.08 V의 전압강하가 일어나는 경우도 있다.

 이것은 용량 자체가 상실 된 것이 아니기 때문에 깊은 방전(1셀당 1.0 V 정도의 완전방전)을 함으로써 방전전압은 원래 상태로 복귀한다. 이 현상을 [메모리 효과]라고 한다. 양극에 니켈을 사용하는 니켈카드뮴 전지나, 니켈수소 전지에서 주로 발생한다.

 최근에는 기기축의 방전 종지전압 설정을 1.1 V/셀 이하로 하는 등 저전압 구동 IC의 사용과 적당한 세트 전지수의 선정으로 문제가 되지 않는다.

 Ni-Cd가 가진 큰 단점은 메모리 효과(memory effect)가 존재 한다는 것이다. 이 현상은 전지를 완전히 방전시키지 않은 상태에서 충전을 하게 되면 일어나는 현상이다. Cd의 결정 구조 때문에 일어나는 현상으로 메모리 효과가 생기면 결과적으로 전지의 충전 가능 용량이 줄어든다. 이 현상이 심해지면 최기 용량의 70%만을 사용할 수 있게 된다. Ni-Cd 전지를 강제 방전함으로써 메모리 효과가 일어난 Cd의 결정 구조를 제거가 가능하다. 에너지 밀도는 1 리터당 90이다.

 이 전지의 에너지 밀도는 최근의 고성능 전기자동차용 납축전지보다 오히려 약간 떨어지나, 대전류 방전 특성이 우수하고, 저온에서도 그 특성이 크게 저하하지 않는 특징이 있다.

 Ni-Cd 전지의 전압은 1.2V인데 , Ni-Cd에서는 1.2V인데, Ni-Cd 전지에서는 전지를 다 사용하기 전에 충전하면 메모리 효과(memory effect) 때문에 다음 충방전시에 용량이 줄어드는 현상이 발생한다.

 메모리 효과의 단적인 예는 전기면도기처럼 매일 일정시간 사용하고 곧 바로 충전하는 기기에서 이상 동작 현상이 발생한다. 메모리 효과인 이 현상은 이 전지를 강제 방전함으로써 메모리를 지울 수 있다. 메모리 효과는 Cd(카드뮴) 금속 고유의 특성이다. 카드뮴 금속은 수정과 같은 결정 구조를 이루고 있는데 방전이 일어나면서, 반응이 일어난 부분은 결정 구조가 흐트러져 비정형 구조로 변한다. 비정형구조와 결정 구조 사이의 경계는 충전과 방전을 거듭하면서 굵어지고, 이런 경계가 메모리 효과의 원인이 된다.

수명 특성

 니켈 카드뮴 전지의 수명은 보통 조건에서는 500회 이상 반복해서 사용할 수 있지만 수명에 영향을 주는 요인은 충전전류, 온도, 방전 심도/빈도, 과충전기간 등이 있다. 수명의 현상은 전지부품의 열화나 활물질의 기능저하에 의한 용량저하를 들 수 있다. 다른 계통의 전지에 비해 보다 안전하게 오래 사용하기 위해서는 특히 온도와 충전 전류를 고려해야 한다.

니켈카드뮴 전지의 특징

1) 사용실적을 뒷받침하는 높은 신뢰성 : 40년 이상의 상용화로 신뢰성이 높다.

2) 수명이 길어 경제성이 우수 하다. : 1회의 방전 용량은 기존의 건전지와 같지만, 일반적으로 500회 이상의 충방전이 가능하여 경제적이다. 최근에는 충전의 제어기술이 발달하여 1000~2000회 이상 사용할 수도 있다.

3) 전지 자체가 견고하여 다소 무리한 조건에서도 오래 사용되므로 기기를 복잡한 회로로 사용 할 필요가 없다. 또 다른 2차 전지에 비해 과충전/과방전에 강한 설계로 되어 있다. 또한 전지 내부에 흡수되지 않았던 가스를 방출하는 복귀식 가스 배출 밸브가 있어 안전성이 뛰어나다. 전동 공구에서의 30A까지 미치는 방전특성 및 10분 이내의 충전 등 다른 2차 전지에 비해 뛰어난 성능을 지니고 있다.

4) 폭넓은 기종과 건전지와의 호환성 : 다양한 용도에 대응할 수 있도록 여러 종류(타입, 사이즈)의 전지와 기기 스페이스에 맞춘 세트 전기가 있다. 또 건전지와 호환성이 있는 카드뮴전지와 충전기도 충실한 라인업을 갖추고 있다.

5) 우수한 신뢰성과 넓은 사용 온도/습도/범위 : 온도에 의한 성능의 변화가 적고 밀폐 구조이기 때문에 습도에 의한 영향도 거의 없다. 방전은 보통 -20~+60를 허용한다. 특히 저온에서 1C[A]를 초과하는 고부하 방전이 가능한 2차 전지가 상용화 되지 않아 니켈카드뮴 전지의 확대에 어려움이 있었다. 비상 조명기기나 자동 화재 경보기 등의 방재기기의 백업 전원으로 전부터 활용되고 있어, 신뢰성이 매우 높다.

6) 보수가 용이하고 견고 : 밀폐구조이기 때문에 보충액이 필요 없이 충방전 상태를 불문하고 보관할 수 있으므로 보수가 용이하다. 또 기기내에 장착이 가능하며 취급이 간단하다. 구조는 견고하고 재질도 금속 용기를 사용하고 있기 때문에 충격이나 진동에 대해 충분한 내구성이 있다.

니켈카드뮴 전지의 종류

 밀폐형 니켈 카드뮴 전지의 형태는 원통형, 버튼형, 편평각형(gum)이 있다. 원통 밀폐형 니켈카드뮴 전지는 일본공업규격 JIS C8705-98 24종류의 호칭 방법이 규정되고 있다. , 이것들 외형치수에 의한 분류만이 아니라 많은 용도에 따라 특성을 가지는 전용 전기가 개발되어 있기 때문에 그것들의 특성을 충분히 이해하여 가장 적당한 전지를 선택하는 것이 중요하다.

 니켈 카드뮴 전지는 납축전지에 비해 출력 밀도가 크고, 수명이 길며, 단시간 충전이 쉬운 장점이 있다. 그러나 에너지 밀도와 납축전지와 거의 같은 정밀도로 그 한계성을 많이 갖고 있으면서 가격이 납축전지에 비해 몇 배 높고, 재료의 대량 수급에도 문제가 있다.

니켈 카드뮴 전지 향후 전망

니켈 수소나 리튬 이온이라는 새로운 2차 전지의 등장으로 고용량의 측면에서는 니켈카드뮴 전지의 성능은 저하되지만 전지에서 요구되는 성능은 고용량만이 아니다. 새로운 계통의 전지는 대전류 방전, 온도 특성, 긴 수명 등에서 니켈 카드뮴 전지 정도의 특성을 얻을 수 없다. 현재 전지의 용도가 다양화되고 요구되는 특성도 다종다양하여 니켈카드뮴 전지가 아니면 사용할 수 없는 용도도 있다. 앞으로 니켈카드뮴 전지가 그 특징을 활용 할 수 있는 시장을 소개한다.

1) 동력용도(요구특성: 고출력, 장 수명, 고신뢰성)

어시스트 자동차, 전동차 의자, 스쿠터, 카트, 소형 전동 리프트 등

2) 스탠드바이 용도(요구 특성 : 연속충전, 고신뢰성)

WILL(Wireless Local Loop: 전화 회선용 백업), UPS, 시큐리티, POS 기기 등, SOHO 수요가 기대되는 가운데, 긴 수명, 고신뢰성이 보다 더 요구될 뿐 아니라 소형/경량화/긴수명/대전 방전특성/온도특성이라는 요구사항이 많아지고 있어 니켈카드뮴 전지의 사용 보편화 되고 있다.

3) 태양전지와 변용 기기(요구특성: 과혹한 환경온도에 견딜 수 있는 온도 특성)

셔터, 방범등, 표시등, 태양전지와 조합은 한 여름 고온이나 한 겨울의 영하의 온도에 대해 니켈카드뮴 전지는 온도 내구성에 적합성이 있다.

 

 

 

 

 

 

 

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전기자동차, 전기 자건거 배터리 용량 계산

자동차 학습/전기자동차 2020. 5. 10. 00:07 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

전기자동차, 전기 자건거 배터리 용량 계산

Ah/Wh

시간당 방전량(암페어)/시간당 소모 전력량(와트)로 표시하는데, 사실은 같은 단위이다.

500Wh라는 배터리 용량은 500W의 출력으로 페달을 밟았을 때, 1시간 지속된다는 의미이다.

Ah로 변환법은

W(전력) = V(전압) * A(전류)

전기 자전거 배터리의 전압은 36V이며, 이를 근거로 계산하면, 500Wh 용량의 배터리 용량은 13.8Ah, 138000mAh라고 할 수 있다.

아이폰 8 플러스의 배터리 용량이 2675mAh이니 아이폰 플러스를 51.6번 완충할 수 있는 배터리 용량이다. 그럼에도 고출력 모터는 전략을 많이 소모하여 보통 2시간 ~3시간 정도 지속 된다.

 

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인코텀스(Incoterms, ICC rules for the use of domestic and international trade terms)

 자동차 산업은 거대한 국제 분업 구조로 이루어져 최적의 가격, 품질 및 납기 경쟁력을 가진 부품을 글로벌 소싱하고 있다. 이에 각국에서 생산되는 부품들은 전 세계로 퍼져 나가는 SCM(Supply Chain Management) 구축하게 되는데, 이 부품을 위한 이동 및 납품 조건은 각각의 조건에 따라 인도된다. 이러한 국제적 약속을 통일 시키는 물류 조건이 인코텀스(Incoterms, ICC rules for the use of domestic and international trade terms)의 규정을 따른다. 다음과 위키 백과에 기술된 국제 무래 거래 조건에 대한 정의를 기술하였다. 해외 고객과의 자동차 부품 무역 시 납품 조건으로 꼭 참조하길 바란다.

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인코텀스(Incoterms, ICC rules for the use of domestic and international trade terms)는 국제상업회의소가 제정하여 국가 간의 무역거래에서 널리 쓰이고 있는 무역거래조건에 관한 해석 규칙이다. 국제상업회의소는 국제민간조직이므로, 이것은 자치적 관습입법이다.[1]

아래 내용은 Incoterms 2010입니다.

 종래의 공식 명칭은 〈정형거래조건의 해석에 관한 국제규칙〉(International Rules for the Interpretation of Trade Terms) 내지 〈정형거래조건의 해석에 관한 ICC 공식규칙〉(ICC Official Rules for the Interpretation of Trade Terms)이었는데, 국제상업회의소가 〈Incoterms 2010〉을 공표하면서, 그 부제(副題), 이를 〈국내 · 국제거래조건의 사용에 관한 ICC 규칙〉(ICC rules for the use of domestic and international trade terms)이라고 명명하고 있다. 이러한 변화는 인코텀스가국내거래조건이기도 하다는 점을 천명하기 위함인 바, 세계 각처에서 유럽연합과 같은 자유무역지대가 등장하고 범세계적으로 관세자유지역(customes-free zone)이 확대되는 등과 같이 이제는 국제거래에서 국경의 중요성이 점차 퇴색하여 국내거래와 국제거래의 차이가 감소하고 있고, 같은 맥락에서 실무상 순수한 국내매매계약에서 흔히 인코텀스가 사용되고 있는데다가, 미국에서도 국내거래에서 종래 미국통일상법전상의 정형거래조건 대신에 인코텀스를 사용하는 경향이 증가하고 있는 점을 고려하여, 인코텀스가 국제거래는 물론 국내거래에서도 사용가능하다는 것을 강조하는 것이다.[2]

 

무역거래에 가격과 책임에 있어서 구매자와 판매자간의 위험과 비용의 분기점을 제시하며, 최근의 운송관행도 반영하고 있다. 국제물품매매협약과 상응하는 부분이 많다. 1936년 처음으로 제정됐으며 매 10년마다 새로운 개정판이 발표된다. 현재 쓰고 있는 개정판은 2010년에 개정됐다.

 

 

목차

1          역사

2          F - 주 운송비 미지급

3          C - 주 운송비 지급

4          E - 출하지 인도조건

5          D - 도착지 인도

6          인코텀스 요약

7          인코텀스 2020 개정안

7.1        DAT → DPU

7.2        DPU - Delivered at Place Unloaded (도착지 양하인도)

8          각주

9          외부 링크

역사

기존에는 국제무역의 거래조건(trade terms)에 관한 해석이 정립되지 않아 거래상의 장애와 분쟁이 다수 발생하였다. 이에 국제상공회의소는 1921년 제1회 총회에서 각국의 무역용어에 대한 정의를 수집하여 간행하였다. 그 후 1936년 이를 다시 정리하여 총 11종류의 국제적 통일초안을 성립하게 되었고, 1953년에 다시 9종의 정형거래조건을 규정하였다. 1967년 국경인도조건 및 반입조건(관세포함)을 보완 하는 무역거래조건을 반영하였고, 1976년에 이것에 항공인도조건을 제정하여 보완하였다. 1970년대 이후 복합운송의 등장에 따라 새로운 운송방식에 적합한 정형거래조건의 출현이 불가피 하여 운송인 인도조건(Free carrier)과 운임 · 보험료지급 조건(Freight or Carriage and Insurance Paid to ... )을 신설하고 종래에 내륙운송에 만 적용되던 운임지급조건을 복합 운송의 경우에도 적용되도록 수정 · 보완하였다. 1990년 전자 문서 교환 통신과 국제복합운송이 고도로 발전됨에 따라 다시 많은 내용을 수정 · 보완하였다.[3] 인코텀스 2010에서 개정된 특징으로는 전체 조건이 기존 13개에서 11개로 축소되었다. (DAF, DES, DEQ DDU를 통합하여 DAT, DAP DDP로 축소)

 

F - 주 운송비 미지급

FCA - Free Carrier (운송인 인도조건)

FCA 조건은 매도인의 구내 혹은 기타 지정된 장소에서 매수인에 의해 지정된 운송인 또는 기타 당사자에게 물품을 인도하는 것을 의미한다. 당사자들은 지정된 인도장소내의 지점을 가능한 한 명확히 명시하는 것이 좋으며, 그로 인해 해당 지점에서 위험이 매수인에게 이전될 수 있도록 한다.

 

 

위험의 분기점 : 인도장소가 매도인의 구내, 매수인이 제공한 운송수단상에 적재된 때 그 밖의 인도장소에는 매도인의 운송수단상에서 양화되지 않은 채 매수인의 임의처분하

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치

FAS - Free Alongside Ship (선측 인도조건)

FAS는 지정된 선적항에서 매수인이 지정한 본선의 선측(, 부두상 혹은 부선상) 물품이 적치되었을 때 인도가 완료되는 것을 의미한다. 물품의 멸실 또는 손상에 대한 위험은 물품이 선측에 적치될 때 이전하며, 매수인이 그 순간부터 모든 비용을 부담한다.당사자들은 가능한 한 명확하게 지정된 선적항의 적재지점을 기재하여 그 지점까지 비용과 위험을 매도인이 부담하게끔 하는 것이 좋으며, 이러한 비용 및 관련 취급비용은 항구의 관습에 따라 다양할 수 있다. 매도인은 선박의 선측에서 물품을 인도하거나 이미 선적을 위해 인도된 물품을 제공해야 한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선 선측에 두어 인도할 때(부두상, 비지선 혹은 부선내).

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

FOB - Free on Board (본선 인도조건)

FOB는 지정된 선적항에서 매수인이 지정한 본선에 적재가 되었을 때 또는 그렇게 이미 인도된 물품을 제공하는 때 인도가 완료되는 것을 의미한다. 물품의 멸실 또는 손상에 대한 위험은 물품이 본선에 적재되었을 때 이전하며, 매수인이 그 순간부터 모든 비용을 부담한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선상에 물품을 인도하거나 또는 이미 인도된 물품을 조달할 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

C - 주 운송비 지급

CFR - Cost and Freight (운임포함인도)

매도인은 지정된 목적지 항구까지의 운임을 부담해야 한다. 그러나, 위험부담은 물품이 매도인의 국경을 넘어갔을때 매수인에게 넘어간다. 선적인은 지정된 목적지 항구까지의 운송과 통관절차 비용에 대한 책임이 있다. 선적인은 목적지 항구에서 최종 목적지(일반적으로 매수인의 시설)까지의 운송과 보험비용에 대한 책임이 없다. 만일 매수인이 보험료를 요구하는 경우에는 CFR대신에 CIF조건을 고려해야한다. CFR은 컨테이너에 선적되지 않은 해상 운송이나 내륙수로운송에만 쓰일 수 있으며 모든 다른 종류의 운송수단을 이용하는 경우에는 CPT를 사용해야한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선상에 물품을 인도하거나 또는 이미 인도된 물품을 조달할 때

 

비용의 분기점 : 지정 목적항

CIF - Cost, Insurance and Freight (운임, 보험료 포함인도)

매도인이 매수인을 위해 보험계약을 체결하고 보험료를 부담하는 것을 제외하고는 CFR 조건과 동일하다. 해상운송에만 적합한 거래조건이다.

 

 

위험의 분기점 :매도인이 계약물품을 합의된 일자나 기간 내에 지정선적항에서 매수인이 정한 본선상에 물품을 인도하거나 또는 이미 인도된 물품을 조달할 때

 

비용의 분기점 : 지정 목적항

CPT - Carriage Paid To (운송비 지급인도)

CFR과 동일하나 일반/컨테이너/복합 운송에도 적합한 거래조건이다. 매도인은 지정된 목적지까지의 운송비를 지급하지만, 위험부담은 물품이 제1 운송인에게 인도됐을때 매수인에게 이전된다.

 

 

위험의 분기점 : 합의된 기간내에 계약된 운송인에게 인도할 때까지 물품의 멸실이나 손상에 대한 위험을 부담하는 때 (수출국내의 합의된 장소나 지점)

 

비용의 분기점 : 수입국내의 지정된 목적지, 물품인도시까지의 비용(수출국내) + 목적지까지 운송하는데 소요되는 비용(수입국내)

CIP - Carrige and Insurance Paid to (운송비, 보험료지급인도)

CIP 조건은 매도인이 합의된 장소(당사자 사이에 그러한 장소가 합의된 경우)에서 매도인이 지정한 운송인 또는 기타 당사자에게 물품을 인도할 때 인도가 완료되는 것을 의미하며, 매도인이 운송계약을 체결하고 지정된 목적지까지의 물품을 운송하는데 필요한 운송비용을 부담하는 것을 의미한다. 매도인은 또한 운송 중 매수인의 화물 멸실 및 손상 위험에 대해 보험부보계약을 체결해야 한다. 매수인은 CIP조건하에서 매도인은 최소담보의 보험만을 부보하도록 요구된다는 사실에 주의하여야 한다.

 

 

위험의 분기점 : 합의된 기간내에 계약된 운송인에게 인도할 때까지 물품의 멸실이나 손상에 대한 위험을 부담하는 때 (수출국내의 합의된 장소나 지점)

 

비용의 분기점 : 수입국내의 지정된 목적지, 물품인도시까지의 비용(수출국내) + 목적지까지 운송(수입국내) + 보험료

E - 출하지 인도조건

EXW - Ex Works (공장인도)

EXW는 매도인이 매도인의 영업소 또는 기타 지정된 장소(예를 들면, 작업장, 공장, 창고 등)에서 물품을 매수인의 임의처분상태로 놓아두었을 때 매도인이 인도하는 것을 의미한다. 매도인은 어떤 수집차량에도 적재할 의무가 없으며, 수출통관이 필요한 경우 수출통관을 이행해야 할 의무도 없다. 당사자들은 지정된 인도장소 내에 인도지점을 가능한 한 명확하게 기술하는 것이 좋으며, 이로써 해당 지점까지의 비용과 위험을 매도인이 부담하게 된다. 매수인은 지정된 인도장소 내의 합의된 지점(있는 경우)으로부터 물품을 인수하는데 수반되는 모든 비용과 위험을 부담한다.

 

 

위험의 분기점 : 지정된 인도장소에서 매수인의 수취차량에 적재되지 않은 상태로 매수인의 임의처분상태로 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치

D - 도착지 인도

이 규칙은 선택된 운송형태에 관계없이 사용 가능하며, 하나 이상의 운송방식이 사용되는 경우에도 사용될 수 있다.

DAT - Delivered At Terminal (도착터미널인도)

DAT 조건은 지정된 도착항 또는 도착장소의 지정된 터미널에서 도착한 운송수단 상에서 한차례 양육된 채로 매수인의 임의 처분하에 적치 된 때 인도가 완료되는 것을 의미한다. “터미널은 지붕 유무에 관계없이 부두, 창고, 컨테이너 야드 또는 도로/철도/항공 화물 터미널과 같은 모든 장소를 포함한다. 매도인은 지정된 도착항 또는 도착장소의 터미널까지 물품을 운송하고 그 곳에서 양육하는데 수반되는 모든 위험을 부담한다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 합의된 기간 내에 목적지의 항고 또는 장소의 터미널에 도착한 운송수단으로부터 양화한 물품을 매수인의 임의의 처분상태로 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

 

***** INCOTERMS 2020에서는 삭제됨 / DPU (Delivered at Place Unloaded) : 도착지 양하인도 신설 *****

DAP - Delivered At Place (도착장소인도)

DAP 조건은 지정된 도착지에서 양육준비를 마친 상태로, 도착한 운송수단 상에서 매수인의 임의처분하에 적치될 때 인도하는 것을 의미한다. 매도인은 지정된 장소까지 물품을 운송하는데 필요한 모든 비용과 위험을 부담한다. 당사자들은 가능한 한 정확하게, 매도인이 비용을 부담해야 하는 합의된 도착장소 내의 지점을 특정해야 한다. 매도인은 상기 선택 지점에 정확하게 일치하는 운송계약을 체결할 필요가 있다. 만약 매도인이 지정된 도착장소에서 양육과 관련하여 운송계약상 비용을 부담해야 한다 하더라도, 당사자간 별도 합의가 없는 한, 매도인은 그러한 비용을 매수인으로부터 반환받을 권리는 없다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 합의된 기간 내에 목적지의 합의된 지점에서 양화를 위하여 준비된 도착 운송수단상에서 물품을 매수인의 임의처분상태로 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

DDP - Delivered Duty Paid (관세지급인도)

DDP 조건은 수입통관된 물품이 지정된 도착지에서 양육준비를 마친 상태로, 도착한 운송수단 상에서 매수인의 임의처분하에 적치될 때 인도하는 것을 의미한다. 매도인은 도착지까지 물품을 운송하는데 필요한 모든 비용과 위험을 부담하며, 물품의 수출통관뿐 아니라 수입통관의 의무가 있으며, 수출과 수입을 위한 모든 관세 및 세관절차 이행의 의무가 있다. DDP는 매도인에게 가장 최대 의무를 나타낸다.

 

 

위험의 분기점 : 매도인이 합의된 기간 내에 목적지의 합의된 지정 목적지에서 양화를 위해 준비된 운송수단상에서 수입통관된 물품을 매수인의 임의처분하에 둘 때

 

비용의 분기점 : 위험의 분기점과 일치함

인코텀스 요약

아래의 표에서 ""는 매도인이 비용을 부담하며, "아니오"는 매수인의 부담을 뜻한다. 운송에 대한보험계약이 명시되지 않은 경우 보험에 대한 부담은 해당 운송 시점에 매수인과 매도인 중에 누가 물품의 소유권을 지니고 있는지에 따른다. 예를 들어, 특정 구간에서 CIF CIP 조건이 매도인이 보험을 부담하는데에 반해, CFR의 경우 매수인이 부담한다.

인코텀즈

차량 적재

수출 통관

수출항까지 운송

수출항에서 차량으로부터 양하

수출항에서의 선적

수입항으로 운송

수입항에서의 양하

수입항에서 차량에 적재

목적지까지 운송

보험

수입 통관

수입 관세

EXW

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

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아니오

아니오

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FCA

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FAS

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FOB

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

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CFR

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

CIF

아니오

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CPT

아니오

아니오

아니오

CIP

아니오

아니오

DAT

아니오

아니오

아니오

아니오

아니오

DAP

아니오

아니오

아니오

아니오

DDP

 

 

인코텀스 2020 개정안

10년마다 새로 개정되는 인코텀스(Incoterms) 2020 1 1일부터 INCOTERMS 2020으로 바뀌었다.

 

이에 무역조건 및 규칙들이 변경되었는데, 그 중 D군에 관한 내용을 살펴보자.

 

DAT → DPU

DAT(Delivered At Terminal)는 인코텀스 2010에 새로 신설된 조건이다. 상기 표를 보면 알듯이, DAT 조건은 매도인이 지정된 터미널에서 물품을 양하한 상태로 매수인에게 물품을 인도하는 방식이다.

 

만약 매수인이 터미널이 아닌 매수인이 원하는 장소까지의 물품 이동을 원할 경우, 우리는 DAT 조건이 아니라 DAP(Delivered At Place)조건을 사용해야한다. 그런데 여기서 약간의 문제가 발생한다. DAP 조건은 매도인이 지정된 장소까지 물품을 운반하지만 물품의 양하의무 조건이 포함되지 않는다. 따라서 많은 사람들이 매도인이 지정된 장소에서 물품을 양하까지 해주는 조건을 신설해 달라고 요청을 해 생긴 조건이 바로 DPU 조건이다.

DPU - Delivered at Place Unloaded (도착지 양하인도)

목적지나 약속한 합의장소에서 수출자가 양하를 한 후 인도가 이루어지는 조건이다. 수출자는 양하 시 모든 위험과 비용을 책임진다. DAP 조건에서 매도인의 양하의무가 추가한 조건으로 순서는 'DAP - DPU - DDP'이다.

 

국제상공회의소(ICC)를 참고해 보면 DAT에서 DPU의 변경은 규칙의 내용을 보다 더 정확하게 반영하기 위해서임을 알 수 있다.

 ※ 출처 : 위키백과 사전

 

링크: https://iccwbo.org/resources-for-business/incoterms-rules/what-are-the-key-changes-in-incoterms-2020/

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