수소차 시리즈 6편 | 연료전지의 원리와 기술
🧠 “수소가 전기로 바뀌는 마법 같은 과정!”
수소차는 외부에서 충전한 전기를 사용하는 전기차(BEV)와 달리,
달리면서 스스로 전기를 만들어냅니다.
그 중심에 있는 기술이 바로 **연료전지(Fuel Cell)**입니다.
이번 글에서는 연료전지가 어떤 원리로 작동하는지,
어떻게 수소차에서 활용되는지를 쉽게 풀어보겠습니다.
🔋 연료전지란 무엇인가요?
연료전지는 화학반응을 통해 전기를 직접 생성하는 장치입니다.
즉, **수소(H₂)와 산소(O₂)가 반응하면서 전기 + 물(H₂O)**을 만들어내는 셈이죠.
연소가 아닌 **‘산화-환원 반응’**을 이용해 전기를 만들기 때문에
고효율, 저소음, 친환경이라는 특징을 가집니다.
⚙️ 연료전지의 작동 원리 (PEMFC 기준)
PEMFC = 고분자전해질 연료전지, 수소차에서 가장 많이 사용됨
- 수소(H₂)가 연료극(Anode)에서 분리됨
- H₂ → 2H⁺ + 2e⁻
- 여기서 발생한 전자(전자 흐름)는 전기 에너지로 사용됨
- 양성자(H⁺)는 전해질 막을 통과
- 전해질 막은 전자(e⁻)는 통과 못하고 양성자(H⁺)만 통과
- 산소(O₂)와 만나 물(H₂O)이 됨
- 산화극(Cathode)에서: 4H⁺ + O₂ + 4e⁻ → 2H₂O
💡 즉, 물만 생성되고 배출가스는 전혀 없습니다!
🔬 수소차에서 연료전지는 어디에 쓰일까?
수소차는 연료전지 시스템이 자동차의 **‘엔진 역할’**을 합니다.
| 구성 요소 | 역할 |
| 연료전지 스택 | 전기를 생성하는 핵심 장치 |
| 수소탱크 | 고압 수소를 저장 |
| 공기 공급장치 | 외부에서 산소(O₂)를 공급 |
| 인버터/배터리 | 생성된 전기로 모터를 구동 |
| 전기 모터 | 바퀴를 움직이는 실제 동력 장치 |
👉 전기차의 배터리 대신, 수소차는 연료전지 스택이 전력원인 셈이죠.
🧪 연료전지의 종류는?
| 종류 | 특징 및 적용 분야 |
| PEMFC | 고분자전해질형 (수소차용, 빠른 반응, 낮은 온도) |
| SOFC | 고체산화물형 (발전소용, 고온운전) |
| PAFC | 인산형 (중규모 발전용) |
| MCFC | 용융탄산염형 (고온, 대형 발전소용) |
수소차에는 대부분 PEMFC가 사용됩니다.
이유는 저온 구동 가능, 크기 작고 경량화 쉬움, 빠른 반응성 때문입니다.
🔄 연료전지 기술의 과제
❗ 1. 내구성과 수명
- 연료전지 스택의 수명이 보통 10년 이하
- 고온·습도 환경에서 성능 저하 우려
❗ 2. 가격
- 백금 촉매, 고분자 막 등 고가 소재 사용
- 수소차의 고가격 구조를 유발하는 핵심 원인
❗ 3. 수소 공급 불안정
- 연료전지는 수소가 있어야 작동함
- 공급 인프라 부족 시 기술의 강점이 무력화될 수 있음
📈 그럼에도 연료전지는 왜 중요한가?
- 전기를 바로 생성 → 배터리보다 즉시성 우수
- 오염물질 X → 환경부하 없음
- 조용한 작동 → 군사, 의료, 선박, 드론에도 활용 중
- 모듈형 구조 → 크기 조절로 다양한 분야 적용 가능
연료전지는 **전기차의 단점(충전 시간, 배터리 수명)**을 보완하는
차세대 에너지 기술의 중심입니다.
🔗 참고자료
한국에너지기술연구원
수소경제사회 구축을 위한 미래에너지연구 미래 에너지 사회 구현을 위해 화석연료나 물로부터 수소를 생산, 저장, 이송하는 기술과 수소 활용으로 대표되는 연료전지 분야를 연구합니다. 자세
www.kier.re.kr
World Hydrogen Expo 2025 (H2 MEET)
World Hydrogen Expo (H2 MEET), 수소 전시회 및 컨퍼런스
www.h2meet.com
📢 다음편 예고
다음 편에서는 수소를 어떻게 생산하고 저장하는지에 대해 다룰 예정입니다.
“그린수소란?”, “수소는 어디서 만들까?”, “보관은 어떻게?”
기초부터 최신 기술까지 알기 쉽게 정리해 드릴게요.
그럼, 다음에 만나요..^^*