연료전지실험

소개

연료전지실험

목차

1.목적
2.기본이론
3.실험장치
4.실험방법
5.실험결과정리
6.고찰

본문내용

1. 목적
① 신재생 에너지로서 수소 연료전지 발전시스템을 이해한다.
② 연료전지의 작동 원리와 기본 구조 파악한다.
③ 고분자전해질 연료전지의 성능 및 특성을 이해한다.

2. 기본이론

2.1 연료전지
① 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 산소와 수소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 발전 기술
② 연료가 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산하는 과정에서 열과 물이 발생하므로 총 효율 80% 이상으로 높이는 고효율 발전
③ NOx, SOx, CO2의 배출량은 화석연료에 비해 매우 적어서 친환경적인 발전

2.2 연료전지의 작동원리

음극반응 : H2 -> 2H+ + 2e- CH3OH + H2O -> CO2 + 6H+ + 6e-

양극반응 : 1/2O2 + 2H+ + 2e- -> H2O O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O

전체반응 : H2 +1/2O2 -> H2O + (Heat) + (Power)

2.3 고분자전해질 연료전지(PEMFC)
2.3.1 특징
① 저온형, 자동차용, 소형 CHP 분산발전, 단기반복운전
② 빠른 시동, 고가의 촉매
③ CO나 Sulfur에 의한 촉매 성능 감소(연료정화가 필요)
④ 상용화에 근접하여 연료전지 설계/구성이 중요한 단계


2.3.2 PEMFC 구조

① 고분자전해막(PEM: polymer electrolyte membrane): 수분을 흡수하여 수소이온(H+) 전도도를 띠는 고체 전해질
② 촉매층(CL: catalyst layer): 백금 나노입자들이 고르게 분산된 층으로 실제적인 전기화 학 반응이 일어나는 부분
③ 기체확산층(GDL: gas diffusion layer): 탄소섬유로 구성된 다공성 층으로 수소, 산소의 고른 확산을 위해 설치된 층
④ 양극판(BP: bipolar plate): 내부에 수소 및 산소의 공급을 위한 유로를 가진 흑연판으 로 유동의 분배 및 전류의 수집을 담당.

2.4 최대 효율
① 수소 1몰과 산소 0.5몰이 반응하여 수증기 1몰이 만들어 질때의 총 반응열은 생성 엔탈피로 계산된다. ? (-는 발열반응을 의미)
② 동일한 반응 조건에서 얻을 수 있는 최대 일은 생성 Gibb`s 에너지로 결정된다.

③ 따라서 연료전지가 얻을 수 있는 최대효율은 다음과 같이 계산된다.

④ 최대효율에서의 기전력 EMF는 약 1.23 V 이다.
⑤ 그러나 최대효율은 전류가 거의 0일때만 얻어지며, 실제 유한한 전류를 생산하는 경우

참고자료

· 없음