연료전지

소개

고분자전해질 연료전지 및 직접메탄올 연료전지 성능 실험과 분해조립에 대해서 설명

목차

1. 실험 제목 : 고분자전해질 연료전지 및 직접메탄올 연료전지 성능 실험과 분해조립
2. 실험 결과
3. 고 찰

본문내용

1) 연료전지의 종류와 구조 (cathode, anode)?
① PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell (인산형 연료전지)
현재 미국 ONSI사에 의해 200kW급 시스템이 상용화된 연료전지이며, 95%이상의 진한 인산을 탄화규소(SiC) 매트릭스에 함침시킨 것을 전해질로 사용하며 운전 온도는 170∼220℃이다. 인산형 연료전지는 천연가스, 나프타, 액화석탄가스와 같은 화석 연료나 메탄올 등의 연료를 개질기를 통하여 수소를 발생시켜 사용할 수 있으며 이에 함유되어 있는 이산화탄소나 미반응 탄화수소도 연료전지 반응에는 영향을 미치지 않는 장점이 있다. 인산은 가격이 저렴하고 풍부하므로, 1960년대부터 주로 미국에서 개발이 진행되어 실용화된 시스템이다. 가장먼저 상용화된 연료전지며 현재 군사용, 전기자동차 동력용, 현지 설치형 (on-site) 발전용 및 전기사업용으로 사용되고 있다.
( 구 조 )
② MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell (용융 탄산염 연료전지)
용융 탄산염 연료전지에 사용되는 탄산염은 탄산리튬(Li2CO3)과 탄산칼륨(K2CO3)의 혼합 용융염으로서, Li2CO3 : K2CO3의 몰 비를 62 : 38로 하는 것이 일반적이나, 탄산나트륨(Na2CO3)을 혼합하는 경우도 있다. 용융 탄산염 연료전지 내에서 전극 반응에 관여하는 전하는 탄산이온(CO32-)이다. 탄산이온은 이산화탄소에 산화물 이온(O2-)을 첨가한 형이다. 연료로 수소를 사용하여도 음극에서 이산화탄소가 발생하여 전해질 중의 탄산이온이 감소하므로, 발생하는 이산화탄소를 산소로 산화시켜 탄산이온으로 반송하여야 한다. 따라서 전체 반응식은 수소와 산소의 결합에 의한 물의 생성이 된다. 반응식은 다음과 같다.
H2 + CO32- → 2H2O + CO2 + 2e- O2 + 2CO2 + 4e- → 2CO32-
CO + CO32- → 2CO2 + 2e-
③ SOFC : Solid Oxide Fuel Cell (고체산화물 연료전지)
고체산화물 연료전지는 안정화 지르코니아를 전해질로 하는 방식의 개발이 추진되고 있다. 지르코니아(ZrO2)는 결정구조가 1,150℃ 정도에서 단사정형에서 정방정형으로 바뀌며 부피가 9%정도 변화한다. 부피 변화를 감소시키기 위하여 칼슘, 이트륨 등의 산화물을 지르코니아에 고용시키는데 이러한 고용체를 안정화 지르코니아라 한다.
결정구조는 형석형의 격자를 가지는 입방구조로 변형되며, 넓은 온도범위에서 순수 지르코니아에서와 같은 결정형의 전이는 발생하지 않는다. 순수한 지르코니아는 1000℃에서의 저항률이 10 ㎝인 절연체에 가까운 물질이지만, 2가나 3가의 금속산화물을 고용시키면 지르코니아 중의 4가의 위치에 Ca2+, Y3+등이 치환되어 들어갈 수 있다. 이때 결정 중의 전기적 중성 조건을 유지하기 위하여 산화물 이온(O2-)이 공격자 점을 생성한다는 것이 X선, 중성자 회절 결정의 밀도측정 등에 의하여 밝혀진 바 있다. 이러한 경우 산화물이온 공격자점을 매개로 한 공격자 메카니즘에 의하여 산화물이온에 의한 전도성이 생기게 된다.

참고자료

· 없음