시각화) 배터리 VS 수소 연료 전기, 수소 연료 전지는 어떻게 작동할까요?, 배터리, 수소 연료 탱크, 연료 전지 스택 및 모터, 배기가스, 어떤 기술이 잘나가는가?, 연료 전지 채택에 필요한 과제
배터리 VS 수소 연료 전기
닛산 리프(2010)와 테슬라 모델 S(2012)의 출시 이후, 배터리 구동 전기 자동차(BEV)는 자동차 산업의 주요 관심사가 되었습니다.
이러한 구조적 변화는 놀라운 속도로 진행되고 있습니다. 중국에서는 2021년에 300만대의 BEV가 판매되어 전년도의 100만대에서 증가했습니다. 한편, 미국에서는 2024년까지 판매 가능한 모델의 수가 두 배가 될 것으로 예상됩니다.
하지만, 지구 기후 목표를 달성하기 위해, 국제 에너지 기구는 자동차 산업이 매년 30배 더 많은 광물을 필요로 할 것이라고 주장합니다. 많은 사람들은 이것이 공급에 부담을 줄 수 있다고 우려합니다.
고맙게도, BEV만이 탈탄소 수송을 위한 유일한 해결책은 아니다. 이 인포그래픽에서는 연료 전지 전기차(FCEV)의 작동 방식을 설명합니다.
수소 연료 전지는 어떻게 작동할까요?
FCEV는 배기 가스를 배출하지 않는 전기 차량의 한 종류입니다(환경적 생산 비용 제외). 주요 차이점은 BEV는 전기를 저장하기 위해 큰 배터리를 포함하고 있는 반면, FCEV는 수소 연료 전지를 사용하여 자체 전기를 만든다는 것입니다.
| Major BEV Components | Major FCEV Components |
| Battery | Battery |
| Onboard charger | Hydrogen fuel tank |
| Electric motor | Fuel cell stack |
| Electric motor | |
| Exhaust |
주요 FCEV 구성 요소의 기능에 대해 살펴보겠습니다.
배터리
첫 번째는 전기를 저장하여 전기 모터에 동력을 공급하는 리튬이온 배터리입니다. FCEV에서는 주 전원이 아니기 때문에 배터리가 더 작습니다. 일반적인 맥락에서, 모델 S Plaid에는 7,920개의 리튬이온 셀이 들어 있는 반면, 토요타 미라이 FCEV에는 330개가 들어 있습니다.
수소 연료 탱크
FCEV에는 가스 형태로 수소를 저장하는 연료 탱크가 있습니다. 액체 수소는 극저온(-150°C 또는 -238°F)이 필요하기 때문에 사용할 수 없습니다. 산소와 함께 수소 가스는 수소 연료 전지를 위한 두 가지 입력입니다.
연료 전지 스택 및 모터
연료전지는 전기를 생산하기 위해 수소 가스를 사용합니다. 이 과정을 일반인의 용어로 설명하자면, 수소 가스는 세포를 통과하여 양성자(H+)와 전자(e-)로 나뉩니다.
양성자는 액체나 젤 물질인 전해질을 통과합니다. 전자는 전해질을 통과할 수 없기 때문에 대신 외부 경로를 취합니다. 그러면 모터에 전원을 공급하기 위한 전류가 생성됩니다.
배기가스
연료전지의 과정이 끝날 때, 전자와 양성자는 함께 만나서 산소와 결합합니다. 이로 인해 화학 반응이 발생하여 물(H2O)이 생성되고, 이 물은 배기 파이프 밖으로 배출됩니다.
어떤 기술이 잘나가는가?
아래 표에서 볼 수 있듯이, 대부분의 자동차 제조업체는 BEV로 초점을 옮겼습니다. BEV 그룹에서 특히 빠진 것은 세계 최대 자동차 회사인 도요타입니다.
수소연료전지는 테슬라 최고경영자(CEO) 일론 머스크와 폭스바겐 CEO 허버트 디스를 포함한 업계 유명 인사들로부터 비판을 받았습니다.
도요타와 현대는 연료전지 개발에 대한 투자를 계속하고 있기 때문에 반대편에 서 있습니다. 하지만 다른 점은 현대(그리고 자매 브랜드인 기아)가 여전히 여러 대의 BEV를 출시했다는 것입니다.
이것은 프리우스와 같은 하이브리드 자동차를 개척한 도요타에게는 놀라운 실수입니다. 이러한 성공 이후, BEV는 자연스러운 다음 단계라고 생각하는 것이 타당합니다. Wired가 보도한 바와 같이, 도요타는 대부분의 산업이 다른 방향으로 움직이고 있다는 사실을 무시하고 모든 칩을 수소 개발에 투입했습니다. 실수를 깨닫고 시간을 벌 필요가 있는 회사는 EV 채택에 반대하는 로비에 의존했습니다.
Toyota bet wrong on EVs, so now it’s lobbying to slow the transition
Toyota has stepped up lobbying to preserve its investments in hybrids, hydrogen.
arstechnica.com
토요타는 테슬라가 모델 S를 출시한 이후 10년이 넘는 2023년식 BEV인 bZ4X 크로스오버를 출시할 것으로 예상됩니다.
연료 전지 채택에 필요한 과제
FCEV의 광범위한 채택을 가로막는 여러 가지 과제가 있습니다.
하나는 차내 성능이지만 차이는 미미합니다. 최대 항속거리 측면에서, 최고의 FCEV(토요타 미라이)는 EPA 등급으로 402마일, 최고의 BEV(루시드 에어)는 505마일을 받았습니다.
두 가지 더 큰 문제는 1) 수소의 효율 문제와 2) 주유소의 수가 매우 제한적이라는 것입니다. 미국 에너지부에 따르면, 캘리포니아에 47개가 있고 하와이에 1개가 있는 등 전국에 48개의 수소 스테이션이 있다고 합니다.
Hydrogen cars won't overtake electric vehicles because they're hampered by the laws of science
Everyone loves the idea of H2 cars, but they come with a huge disadvantage.
theconversation.com
반대로, BEV는 전국에 49,210개의 충전소를 가지고 있으며, 가정에서도 충전이 가능합니다. 바이든 행정부가 각 주에 50억 달러를 할당하여 충전망을 확장시켰기 때문에 이 숫자는 틀림없이 증가할 것입니다.