연료전지 예비보고서

소개

연료전지 중 고분자전해질 연료전지 관련 내용입니다.

목차

1. 실험목적
2. 기본이론조사

본문내용

1. 실험목적
신재생에너지인 고분자전해질 연료전지와 염료감응 태양전지의 제작 및 성능 측정을 통해 에너지 변환 기술에 대해 이해한다.
2. 기본이론조사
ⅰ) 연료전지 및 PEMFC의 정의와 기본원리, 구조, 특징
- 연료전지란?
연료전지는 수소와 산소가 가지는 화학에너지를 전기화학 반응을 통하여 주로 전기로 변환시키는 장치로서 기존의 발전 설비보다 훨씬 높은 효율을 가진다. 서 전지반응을 하는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되어 반응생성물이 연속적으로 계외로 제거가 된다. 대표적으로 수소-산소 연료전지가 있고, 수소 외에 메탄과 천연가스를 사용하는 기체연료와 메탄올과 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 연료전지가 있다. 이 중에서, 작동온도가 300C 이하의 것을 저온형, 그 이상을 고온형이라고 한다. 발생시키고 부산물로서 열과 물을 생성한다.
- PEMFC란?
고분자 전해질형 연료전지는 음극, 양극, 양이온 전도성 고분자 전해질 막으로 구성된다. 음극(anode)에는 연료로 주입된 수소의 산화반응이 일어나 수소가 Pt 촉매에 의해서 H+로 산화되면서 전자를 발생시키고 여기서 발생된 전자는 고분자 전해질 막을 통과하여 양극(cathode)에서 전달된 양성자와 유입된 산소가 반응하여 물을 생성한다. 즉 전체적인 반응은 수소와 산소가 반응하여 물과 에너지를 생성시키는 것이다.
Anode : H2(g) → 2H+ + 2e-
Cathode : O2(g) + 2H+ + 2e- → H2O(l)
Overall : H2(g) + O2(g) → H2O(l)
연료전지의 전기화학반응은 다음과 같은 식으로 정리할 수 있다.
△G + nFErev = 0
이 때 n은 반응에 참가하는 전자의 수이고 F는 Faraday 상수이며, Erev는 전자의 가역전위이다. 한편 모든 반응물과 생성물이 표준상태에 있다면 다음 식이 성립하게 된다.
△G = -nFErev
즉 연료전지의 전기화학반응이 가역적이라면 반응의 자유에너지 변화량이 모두 전기에너지로 변환된다. 이때 연료전지의 효율은 최대가 되며 다음과 같은 식으로 표현된다.
Εmax = △G/△H0
PEMFC의 가장 큰 특징은 0.3W/cm2이하의 낮은 출력밀도를 나타내는 인산형 연료전지나 용융탄산염 연료전지에 비해 1W/cm2는 PEMFC의 경우 고분자전해질에서의 산소환원속도가 산성용액이나 용융염 분위기에서보다 빨라 활성화분극이 낮다.

참고자료

· Fuel cell fundamentals / Ryan O’hayre / John wiley Sons / 2006
· 무기공업화학 / 이철태 / 탐구당 / 1997
· 설비저널 vol.34 / 고분자 연료전지의 역사와 기술현황 / 엄석기 / 2005
· 고분자 전해질형 연료전지 전극용 ionomer 개발 및 전도성복합체 제조 / 정미옥 / 전남대학교 대학원 / 2001
· http://nfcrc.kier.re.kr/ 고분자 연료전지 연구단