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강하면서 경량인 전기차용 수소 연료 탱크를 개발하는 방법

2 10월 2018
  • 타민 피터 시디키 박사DSM Engineering Materials의 전자제품 글로벌 마케팅 이사

다수의 업계 전문가들이 내연기관 기반 차량이 항후 20~30년의 기간 내에 사라질 것이라는 데 동의합니다. Tesla 같은 소수의 전기차 개발 선구자들이 공격적으로 이 시장에 진입하는 반면, 대부분의 OEM들은 여전히 내연기관 자동차를 생산하고 있습니다. 세상이 커넥티드 카와 자율 주행의 시대로 옮겨가는 이때, 이들은 이런 차량의 판매에서 얻은 수입을 전기차 혁신 및 새로운 이동성 개념의 개발에 투자하고 있습니다. 중간 단계로서 자동차 제조업체들은 연료 소비뿐만 아니라 CO2 및 NOx 배출가스의 저감을 목표로 하는 연소 성능이 향상된 하이브리드 내연기관/전기차 기술을 지속적으로 개발할 것입니다.

완전한 전기차로 전환 시에, 많은 자동차 제조업체가 전원으로 리튬-이온 배터리(Lib)를 사용합니다. 하지만 주로 일본, 한국, 독일에 기반을 둔 OEM 중 한 그룹은 수소 연료 전지라는 옵션을 검토 중입니다. 부분적으로는 중국에 100% 의존하기를 원치 않는 지정학적 현실 때문이고, 또 한편으로는 일부 연료전기 기술의 특성은 그 자체로 주목할만 하기 때문입니다. 보다 많은 수의 충전소를 보다 빨리 설치하는 동맹은 경쟁 우위를 확보할 수 있지만, 미래의 전기차는 두 기술 모두에 의존하게 될 것입니다.

연료전지의 효율성이 LiB보다 뒤떨어지긴 해도 연료전지 기술은 다음의 이점을 지닙니다.

  • 중량의 배터리를 연료전지 스택으로 교체할 수 있습니다.
  • 연료전지는 LiB보다 충전이 6배 빠릅니다.
  • 연료전지는 보다 긴 운전 거리를 제공합니다(Lib의 범위가 빠르게 증가하고 있지만).
  • 연료전지는, 주로 중국과 칠레에서 조달하여 전체 전기차 산업을 지원하기에는 공급이 충분치 않을 수 있는 리튬이나 콩고 공화국에서 2/3를 조달하는 코발트에 의존도에서 점차 벗어나고 있습니다.

수소 인프라로 가는 길을 닦기 위해 최근 다수의 중요한 제휴들이 발표됐습니다. 유럽에서 Shell은 독일 베셀링에 2020년에 가동될 세계 최대의 수소 생산 시설에 투자했습니다. 동시에 한 합작투자는 2023년까지 유럽에 새로운 H2 연료전지 충전소 400곳을 목표로 하고 있습니다. 일본의 한 합작투자는 2025년까지 H2 연료 전지 충전소 300곳을 설치할 목표를 세우고 있습니다. 미국의 한 합작회사는 2021년까지 미국 고속도로에 주행 거리가 3,000km인 40톤의 중량 트럭들을 도입을 목표로 합니다. 그리고 중국의 가장 최근 국가 5개년 계획은 2030년까지 국가에 H2 연료전지 충전소를 3,000곳 설치할 목표를 세우고 있습니다.

연료전지 기술은 수소가 공기 중에 있는 산소와 반응하여 수증기, 열 및 전기를 생성할 때 동력을 생성합니다. 에너지 생성원이 차량에 영구적으로 탑재되어 있기 때문에(다른 수단에 의해 생성된 전기를 저장하는 배터리와는 달리), 연료전지 구동 차량의 배터리 크기는 상당히 줄어들 수 있습니다. 이 기술에 대한 한 가지 우려는 700바 이상의 내부 압력을 견딜 수 있는 대형 탱크에 수소를 저장하여 수송해야 한다는 점입니다. 수소 연료전지 탱크는 일반적으로 강철로 만들어 왔기 때문에 아주 무겁습니다. 하지만 엔지니어링 머티리얼즈을 사용하여 경량 수소 가스 탱크를 제조할 수 있습니다.

DSM은 이미 Akulon 폴리아미드 6(PA6)로 블로우 몰딩된 내부 라이너와 EcoPaXX 폴리아미드 410(PA410) 테이프로 만든 외부 합성 구조를 결합한 경량의 압축 천연가스(CNG) 탱크를 출시했습니다. 내부 탱크는 증발에 의한 수소 배출을 막음과 동시에 외부 복합 구조는 수소 저장에 필수적인 높은 파열 압력으로부터 보호해줍니다. 이 결합 솔루션은 -40°C~85°C 범위의 온도에서 경쟁사의 방향족 폴리아미드의 성능보다 우수한 기계적 성능을 제공합니다. 경쟁사 소재보다 뛰어나고 아주 우수한 수소 호환성, 보다 높은 파열 압력 및 보다 나은 경제성을 보여줍니다. 동시에 이 솔루션은 완전히 재활용 가능합니다.

강하지만 경량의 수소 연료 탱크의 제조 방법에 대해 좀 더 알아보시려면 여기에서 전체 보고서를 다운로드하십시오.

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