화학전지 & 연료전지

소개

실생활에 사용하는 화학 전지의 원리와 구조, 종류와 특성을 이해한다. 그리고 화학전지의 용도와 전지구성 물질을 이해한다. 이를 위해 간단한 화학전지를 만들어 전류가 흐르게 되는 원리에 대하여 관찰하고자 한다.

목차

※ 화학전지

1. 실험목적
2. 서론
2_1. 전지
2_1_1. 전지의 구조
2_1_2. 전극전위
2_1_3. 표준 전극 전위
2_1_4. 실제 전압에 걸리는 부하
2_2. 볼타전지
2_3 과일전지
3. 실험장치
4. 실험 방법
5. 실험결과 및 토의

※ 연료전지

1. 실험목적
2. 이론
2_1. 연료전지
2_2. 연료전지의 기본개념
2_3. 연료전지의 종류 및 특성
2_4. 고분자 전해질형 연료전지
2_5. 연료전지의 장점
3. 공정
3_1. Fuel cell station
3_2. Nafion (MEA)
4. 실험 방법
5. 실험결과 및 토의

본문내용

고분자 전해질형 연료전지

고분자전해질형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로써 다른 연료전지와 구별된다. 인산형 및 알칼리형 연료전지 시스템과 비슷하게 멤브레인을 이용하는 연료전지는 촉매로써 백금을 사용한다. 멤브레인 연료전지의 개발 목표는 최소 1.5g/kW의 백금 촉매를 쓰는 것이다. 이 백금 촉매는 일산화탄소에 의한 부식에 민감하므로 일산화탄소의 농도는 1000ppm 이하로 유지하여야만 한다.
고분자전해질형 연료전지 시스템의 소형화는 자동차 응용에 가장 중요한 역할을 한다. 개발 사업은 인산형 연료전지보다 약 10년이 뒤져 있지만, 인산형에 비해 저온에서 동작되며, 출력 밀도가 크므로 소형화가 가능하며, 기술이 인산형과 유사하여 응용 기술의 적용이 쉽기 때문에 현재는 고분자전해질형 연료전지의 이용 규모가 적을지라도 상업화할 수 있다. 더욱이 현재 몇 개의 시범용 고분자전해질형 연료전지의 전원에 의한 자동차는 실험 결과 우수성이 입증되어 더 많은 연구 계획을 진행 중에 있다.


2_5. 연료전지의 장점

① 저공해 고효율 에너지원이다.

연료전지는 도심지에서의 대기 공해를 환상적으로 줄일 수 있다. 연료전지는 동력원의 시스템 효율이 50% 이상이고(기존 내연기관의 효율은 25% 이하이다), NOx, SOx 등의 유해 가스의 배출이 1% 이하인 청정 고효율 발전 시스템이다.

② 차세대 에너지원이다.

70년대의 오일쇼크 이래로 선진 각국에서 꾸준히 대체에너지원의 개발에 노력을 경주하여 왔는데, 연료전지는 석유에너지 이외에 메탄올, 에탄올, 천연가스 등의 대체에너지를 이용하여 발전할 수 있다. 따라서 절대적인 자원이 부족한 우리나라의 현실에서 볼 때, 연료전지는 차세대 동력원으로 주목받을 것이다.

③ 새로운 시장 잠재력이 크다.

연료전지는 금속, 전기, 전자, 기계 및 제어 산업과 부수적인 장치를 공급하는 새로운 시장이 창조될 수 있다. 이것은 역시 수십만의 전문직 직업을 창조해 낼 수 있으며, 무역 수지에 엉청난 기여를 할 것이다.


3. 공정

3_1. Fuel cell station

① Hydrogen tank(Anode)

단위 mol의 수소가 전체반응에서 볼 때 ΔHf(KJ/mol)(change in heat of formation)의 에너지 변화가 일어나며, 이 변화량 중 외부로 전달되는 일로 변환될 수 있는 에너지는
ΔGf(KJ/mol)(change in Gibb`s free energy of formation로 주어진다. 바로 이것이 수소 산화반응에서 전기에너지로 변환될 수 있는(가역 상태에서 얻어질 수 있는) 최대 에너지이다. 1mol의 수소가 반응을 하면 2Nav의 전자가 발생하므로 -2F(Coulombs)의 전기량이 이동한다. F는 Faraday 상수(96500C/mol)이다.
단위 시간당 수소 소모량은 Si/2F(mol/sec)이 된다. 수소의 공급량이 소모량보다 많아야 하므로 수소이용률(소모량/공급량)이 최대이용률보다 작아야 한다(

참고자료

· 없음