기본 원리 수소 연료 전지 연료에 존재하는 화학 에너지를 전기화학 반응을 통해 전기 에너지로 변환하는 것입니다.수소 연료 전지의 작동 원리는 연료 전지의 애노드(anode)에 있는 촉매(백금)에 의해 수소가 전자와 수소 이온(양성자)으로 분해되는 것입니다.양성자는 양성자 교환막(Proton Exchange Membrane)을 통과하여 캐소드(Cathode)로 이동하고, 캐소드에서 산소와 반응하여 물과 열을 생성합니다.이 전자는 외부 회로를 통해 애노드에서 캐소드로 흐르면서 전기 에너지를 생성합니다.수소 연료 전지 스택의 구조는 주로 양극판, 막 전극(촉매층으로 코팅된 양성자 교환막), 기체 확산층, 절연판 등으로 구성됩니다.그런 다음 스택을 기반으로 공기 시스템, 수소 시스템, 전자 및 전기 시스템, 수열 관리 시스템과 같은 추가 시스템이 통합되어 본질적으로 수소 연료 전지 엔진인 수소 연료 전지 전력 시스템을 형성합니다.
수소 내연 기관은 수소를 연소시켜 동력을 얻으며, 기존 연료 엔진과 마찬가지로 흡입, 압축, 출력, 배기의 4행정으로 작동하며, 수소가 기존 연료를 대체합니다. 커민스 엔진을 예로 들면, 수소 내연 기관의 구조는 실린더 블록, 크랭크샤프트, 실린더 헤드, 점화 시스템, 장착 부품 등의 구성 요소를 포함하여 천연가스 엔진과 본질적으로 유사합니다. 수소 내연 기관과 디젤 엔진의 부품 또한 실린더 블록, 크랭크샤프트, 지지대, 플라이휠 하우징, 기타 장착 부품 등 부분적으로 호환 가능합니다. 이러한 구성 요소의 높은 유사성과 호환성은 커민스 수소 내연 기관의 경제적 이점을 활용하고, 장비 신뢰성을 향상시키며, 업계의 저탄소 전환에 중요한 지원을 제공할 수 있습니다.
두 엔진의 유사점은 수소와 산소가 반응에 참여한다는 것입니다. 모든 연료 저장 장치와 수소 저장 탱크가 필요하며, 차량에 동력을 공급할 수 있습니다. 차이점은 두 엔진이 서로 다른 방식으로 에너지를 생성한다는 것입니다. 이는 효율에도 상당한 차이를 초래합니다. 따라서 연료 전지 차량은 동일한 수소 소비량으로 더 많은 주행 거리를 제공합니다. 엔진 제작 방식 또한 완전히 다릅니다. 연료 전지는 수소 연소 엔진보다 환경 친화적입니다. 또한, 에너지 방출 속도에도 차이가 없으며, 내연 기관과 연료 전지 모두 단기간에 고출력을 달성할 수 있습니다.
두 경로와 비교했을 때, 다음과 같은 장점이 있습니다. 수소 연료 전지 높은 전환 효율, 낮은 오염 배출, 높은 상업적 응용도를 특징으로 합니다. 특히 전환 효율 측면에서 수소 연료 엔진의 열 효율은 45%를 넘기 어려운 반면, 수소 연료 전지의 전환 효율은 60% 이상에 도달할 수 있습니다.
수소 연료 엔진의 장점은 비용이 저렴하고(연료 전지의 약 10%), 수소 순도에 대한 요구 사항이 낮으며, 기존 연료 엔진에 개조 장착이 가능하다는 점입니다. 또한, 수소 내연 기관은 고부하 조건에서 출력 효율이 높아 중형 및 대형 트럭과 같은 상용차에 더 적합합니다.