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오존층파괴와 몬트리올 의정서

오존층 파괴물질에 관한 몬트리올 의정서.hwp1. 하늘의 보호막 오존층가. 오존이란 무엇인가?오존이 처음 발견된 것은 18세기로 물리학자들의 전기 방전 실험시 발생하는 '이상한 냄새'로부터 존재가 드러나게 되었다. 19세기의 프랑스의 화학자 Schoenbein은 이 '이상한 냄새'의 원인으로 그리스어의 ozein(뜻 : 냄새가 나다)를 따서 'ozon'이라고 이름 지었다. 이후에 역시 프랑스의 과학자 Soret는 오존이 산소 원자 3개로 구성된 분자라는 것을 밝혀내었다.산소는 핵이 8개인 원자로서 최외각 전자가 6개인 안정하지 못한 원소이다. 그러므로 다른 원자 또는 분자와 결합하여 안정한 상태가 되려 한다. 만일 산소 원자가 수소 원자 2개와 결합하면 수소 원자의 전자를 공유하여 안정한 상태, 즉 비활성의 상태가 된다. 수소 원자가 아니더라도 어떤 분자와 결합하여 조금이라도 더 안정한 상태가 될 수 있으면 그 분자와 결합하는데 산소 원소의 이런 능력을 산화력이라고 부른다. 산소 원자 두 개가 결합한 O2는 이 능력이 크지 않아서 철이 녹이 스는데는 오랜 시간이 걸리게 된다. 반면 ozon은 산소 원자 세 개가 결합한 구조로서 그만큼 산소 원소로 분해되기가 쉬운만큼 산화력이 매우 크다. 오존의 산화력은 박테리아 같은 미생물에게는 치명적이므로 살균제로 사용될 수 있고 여러 악취가 나는 분자들과 결합해서 악취가 나지 않는 분자로 산화시킬 수 있으므로 탈취제로 사용되고 있다. 그리고 강한 산화제가 필요한 공업 원료로도 많이 사용되고 있다. 하지만 이러한 ozon의 산화력은 인체에 직접적으로 노출되는 경우 건강상의 문제를 일으킬 수 있다.오존의 양을 나타내는 단위에는 밀도를 나타내는 방법과 농도를 나타내는 방법의 두 가지 방법이 있는데 밀도를 나타내는 단위는 Dobson unit(DU)으로 단위 cm3당 오존 분자의 개수를 나타낸다. 1 DU는 약 27,000,000개/cm3이다. 미국의 경우 오존의 밀도는 300DU이고 밀도가 가장 낮은 남극의 경우 최소 117DU서 F, Cl, Br, I등이 이에 해당한다. 여러 과학자들의 연구는 원자 번호가 큰 할로겐일수록 오존 파괴 효과는 커진다는 것을 알아내었다. 하지만 Br은 질량이 크기 때문에 성층권의 높이에 오래 머무를 수가 없어 성층권 내에 도달하더라도 오래 머무르지 못하고 다시 지표로 내려와 전체적으로는 오존의 파괴에는 큰 영향을 주지 못한다. 이 때문에 오존 파괴에 관여하는 여러 요인 중 Cl의 비중이 매우 크게 작용하고 있다. 1분자의 Cl은 100,000개의 오존 분자를 분해할 수 있는 능력이 있으며 지구상에서 매우 많이 사용되고 있고, 화산 폭발 등 자연적인 요인으로도 성층권이 쉽게 또 많이 도달하고 있다. 통계상으로 성층권까지 도달하는 Cl의 80%정도가 인간에 의한 합성 화합물이고 20%만이 자연적으로 발생한다고 한다. 자연적으로 Cl을 성층권까지 도달시키는 주원인은 화산 폭발시 발생하는 수증기에 포함된 HCl이다. Cl을 포함하는 화합물은 무수히 많지만 이들이 대류권에서 분해되는 경우 Cl이 공기중의 수증기에 융해되어 강우시 지표로 떨어지게 된다. 그러므로 Cl을 포함하며 성층권에 도달할 때까지 분해되지 않는 화합물이어야 오존층에 영향을 줄 수 있다. 그림 3은 대기권의 층을 나타내고 있다. 오존이 존재하는 성층권은 지표로부터 10km상공 위에 있다. 이 때문에 어떤 물질이든 지표로부터 성층권까지 도달하는데는 무척 많은 시간이 필요하다. 그리고 그 사이 수 많은 물질들과 접하게 되고 반응하고 오존층과 관계없는 물질로 변하게 된다. 이 때문에 반응성이 높은 물질들은 화산 폭발같이 단번에 성층권까지 올리지 않는 이상 공기중의 다른 분자들과 하합하거나 성층권에 도달 할 수가 없다.CFC(ChloroFluorocarbons)류의 화합물들은 Cl과 F와 C를 포함하고 있는 물질들로 기본적으로 비활성이다. 이 때문에 CFC는 냉매나 공업적인 용도로 많이 사용된다. CFC의 비활성 특성 때문에 CFC는 다른 분자들과 결합하거나 분해되지 않고 Cl을 간직한 채 성층권까지 의 1에 불과하다. 1998년 9월에 발생한 남극오존구멍다. 북극 오존층 파괴전세계 인구의 대부분이 살고 있는 아시아, 북미대륙, 유럽 등이 위치하고 있는 북반구의 북극에서는 다행스럽게도 겨울철에 극 와동이 만들어지기는 하지만 남극에서처럼 겨울 내내 안정하지 못하여 얼마되지 않아 깨져 버리므로 성층권의 온도가 남극에서처럼 내려가지 않는다. 이러한 이유로 북반구에서는 오존구멍이 만들어질 수 있다고 생각되지 않았다. 그러나 북극에서도 PSCs가 존재하는 것은 이미 알려져 있으며, 최근의 관측과 연구결과에 의하면 북반구에서도 남극 오존구멍에서와 같이 오존이 감소하고 있음을 보여주고 있다.1997년에는 북반구 전역에 걸쳐 매우 낮은 오존량이 관측되었다. 특히 북극의 경우 3월에는 평균값보다 약 21% 이상 감소되었다. 이는 극 와동의 강화와 관련된 것으로 밝혀졌다. 따라서 정도의 차이는 있지만 북반구가 오존층 파괴의 예외 지역이 아님이 점점 분명해지고 있다. 매년 평균 오존 수치라. 열대와 중위도에서의 오존파괴극지방에서의 오존파괴는 극지방 성층권 구름 내에 존재하는 입자에서 일어난다고 확실하게 알려지고 있다. 적도의 성층권에서도 얼음 입자들은 존재하며 화산폭발에 의한 황의 성층권 내 유입 결과 상당량의 황산 에어로졸이 존재한다. 이러한 입자가 오존 파괴를 일으킬지도 모른다는 것은 가설에 불과하며 입증할 만한 충분한 증거가 없는 상태이다. 하지만 1982년 멕시코의 El Chichon 화산 폭발 이후 북반구에서 오존 농도가 10% 정도 감소한 것으로 측정되었다. 1991년 6월 필리핀의 화산 폭발은 금세기 최대의 화산 폭발이었으며, 이 폭발로 극지방 성층권 구름을 모두 합한 것보다 더 큰 성층권 구름이 생성되었다. 황 에어로졸 구름이 오존 파괴 반응을 촉진시키는 입자들을 지니고 있을 것이라고 생각되었다. 이들 두 오염원이 오존파괴와 관계되어 있을 수 있다는 것을 추정할 수 있지만 더 많은 증거 자료가 없이는 원인과 결과의 분명한 상관성을 거론하기는 어렵다. 요약하면, 구온난화를 더욱 가속시키는 요인으로 작용할 수 있다.라. 자외선의 인체에 대한 영향햇볕에 피부를 노출시키는 경우 피부가 검게 타는 것을 볼 수 있다. 이는 UV-A와 UV-B자외선의 영향 때문이다. UV-C는 대부분 지표에 도달하지 못한다. 자외선은 흔히 피부에 해를 입히는 것으로 알려져 있지만 한편으로는 인체에서 합성하지 못하는 비타민D를 생성하고 살균작용을 하는 등 또 다른 면을 지니고 있다. 하지만 자외선은 기미, 주근깨를 생성하고 피부암을 비롯, 광에 의한 피부 염증을 유발하는 등 피부노화의 가장 큰 주범으로 꼽히고 있는 것이 사실이다. 이는 피부 속 수분부족, 영양공급 저해, 엘라스틴 파괴를 일으키는 주범으로 피부 탄력을 잃게 하고 각질을 두껍게 만들기 때문이다. 또 멜라닌 색소를 증가시켜 기미, 주근깨를 만들고 히아루론산과 세라마이드 등 천연보습인자의 보습활동이 저해돼 피부가 거칠어진다.UV-A는 피부를 검게 그을리는 작용이 있다. 하지만 UV-A는 파장이 길기 때문에 피부 깊숙이 침투할 수 있어서 주름과 노화에 영향을 줄 수 있지만 상대적으로 발암 위험은 적은 편이다. UV-B는 매우 강한 에너지를 가지고 있으므로 UV-B가 피부에 노출되는 경우 세포내 유전자의 손상을 입을 수 있다. 이 경우 대부분은 세포가 죽거나 파괴되지만 특별한 경우 무한히 번식하는 '암'세포가 될 수도 있으며 자외선의 증가가 위험시되는 가장 큰 원인이다. 1%의 오존 감소는 2%의 UV-B 증가를 유발하고 이 때문에 basal carconoma는 4%, squamous carcinoma는 6% 증가한다고 한다. 그리고 90%의 피부암이 UV-B와 관련되어 있다는 학계보고도 있다.자외선에 의한 질병중 대표적인 것 중 하나가 백내장이다. 한 연구에서 1%의 오존층 감소는 백내장의 0.6~0.8%를 유발한다고 한다. 전세계적으로 1%의 오존층이 감소하는 경우 10만~15만의 맹인들이 발생하게 된다. UV-B는 다른 형태로도 눈에 손상을 줄 수가 있는데 대표적인 것이 snow-bl있음- 부속서 A물질(CFC-11 등 8종)은 '95～'97년 생산?소비량 혹은 1인당 연간 생산?소비량이 0.3kg 미만- 부속서 B물질(CFC-111 등 12종)은 '98～2000년 생산?소비량 혹은 1인당 연간 생산?소비량이 0.2kg 미만우리나라는 '94.10월 제6차 당사국총회시 상기 규정의 적용을 받아 CFC의 경우 2010. 1월부터 소비금지 등 개도국 규제기준을 적용받고 있음(3) 비당사국과의 무역 규제 ( 제4조 )- 규제 물질 자체의 수출?수입 금지 (제4조 1항 및 2항)- 규제 물질 함유 제품 수입 금지 (제4조 3항)- 주요 CFC(5종) 및 Halon의 함유 제품 목록은 부속서 D로 채택- 기타 CFC(10종), 사염화탄소 등의 함유 제품 목록 작성은 규제 일정 강화로 불필요한 것으로 결정◈ 규제 물질 이용 제품 (규제 물질을 함유하지는 않으나 공정에서 사용)에 대한 무역 규제는 현재로서는 부적절한(not feasible to impose) 것으로 결정, 계속 논의가 있을 예정임 (제4조 4항)- 몬트리올 의정서상 무역 제한 조항은 규제 물질 자체의 교역 제한 뿐 아니라 공정/생산 방식(PPMs : Process and Production Methods) 까지를 대상으로 함으로써 "환경과 무역"의 조화 문제가 부각되는 계기가 됨.(4) 당사국에 대한 무역 규제 (제4조의 가)◈ 규제 물질에 대한 전폐 일자 이후, 당사자가 필수 용도를 제외하고 규제 물질의 국내 소비용 생산을 중단하지 못하는 경우, 그 규제 물질의 기사용, 재활용 및 재생 물질을 파괴 목적이외에 수출할 수 없음 (제4조의 가의 1항)(5) 규제 물질에 관한 국별 생산, 수입 및 수출량에 관한 Data를 사무국에 통보 (제7조)*참고* : 염화불화탄소(CFCs)란?Chlorofluorocarbons 즉, 염화불화탄소의 약자로 상품명 프레온가스로도 불린다. CFCs는 미국 듀폰사에 의해서 최초로 공업화되었는데, CFCs는 처음에 냉장고에서부터 시작하여 냉동기, 에어컨 등 여의했다.

생활/환경| 2007.11.29| 25페이지| 1,500원| 조회(402)

오존층파괴, 오존홀, 오존층, 프레온가스, 몬트리올의정서

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부경대 레표트표지

학교| 2007.11.27| 1페이지| 400원| 조회(448)

깔끔, 표지, 레포트표지, 부경대

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고체의 열전도도 실험

고체의 열전도도1. 실험 목적열손실의 계산, 보온, 보냉 재료의 선택, 화학 장치 보온재선택 등의 기초 자료로서 고체의 열전도도를 정상상태의 열 이동으로부터 구하고 전도에 의한 열전달을 이해한다.2. 실험 장치①열전도도 시험장치②시험편(SUS 304, Steal, Al)③버니어 캘리퍼스재 질La Lb2 mm4 mmSUS 3041매1매Steal〃〃Al〃〃3. 이론전도에 의한 정상상태에서의 열 이동은 식 (1)의 Fourier 법칙으로 나타낼 수 있다.…………………………………………………………… (1)여기서, q[Kcal / hr], L[m], A[m], K[Kcal/m?hr],t[·°C]근사적으로 표현하면……………………………………………………………(2)식(2)에 식(1)을 대입하고 거리 L1~L2, 온도 t1~t2 범위에 대해 적분하면……………………………………(3)여기서,를 열전도도의 평균값, (t-t)를 △t 라하고 전열면적 A 가 일정일 경우……………………………………………………(4)식(4)로부터 대류, 복사가 없는 순수한 전도에 의한 고체의 열전도도를 구할수 있다.………………………………………………(5)식(5)에서 A는 일정하므로는 다음 식으로서 구할 수 있다.………………………………………………………(6)보통의 경우 기준관과 시험편의 접촉면은 아무리 밀착 시켜도 공기등에 의한 열전도저항이 존재하게 되며 이의 보정이 필요하다. 그래서 총저항은………………………………………………………………(7)…………………………………………(8)여기서 저항은……………………………………………………(9)…………………………………(10)는 각 시험편 저항과 접촉면을 포함한 열전도도이다.를 식(6)으로부터 구하여 (8),(9),(10) 으로부터………………………………………………(11)따라서 열전도도는……………………………………………………………(12)………………………(13)온도 구배 그래프4. 실험방법㈎ 시험편을 장치의 a(2㎜두께), b(4㎜ 두께)에 각각 설치하고 유량계를 통하여 냉각수를 하부로 통과시킨다.㈏ 전원을 넣은 후 heart 조절제로 전력을 올려 온도와 냉각수량을 조절한다.㈐ 온도지시제의 전환 스위치를 절환하여 온도를 읽고, 정상상태의 값을 실험결과로 기 록 한다. 4번에 걸쳐 실험을 실시하고 기록하고 되풀이 한다㈑ 시험편을 바꾸어 위의 과정을 되풀이 실험한다.★ 유의 사항▶ 온도측정은 충분한 시간이 경과한 후 정상상태에서 측정한다.▶ 공기층을 최대한 줄이기 위해 조저 너트를 충분히 조인다.▶ 기준관과 시험편 사이를 엇갈리거나 사이가 뜨지 않게 충분히 죄어야 하며, 보다 좋은 밀착을 위하여 알루미늄가루, 구리가루 또는 알루미늄 박막 등을 사용하여도 좋다.▶ 시험관과 기준편을 밀착 시킬 때는 실험장치의 조절너트를 돌려 보온재 case와 후렌 치가 서로 맞닿을 때까지 조인다.5. 실험결과 및 정리a. 결과값tttttttttt1회989692896864403735322회999793896864403836333회1009793896863403836334회9*************383633평균98.7596.2592.2588.756863.7540.2537.7535.2532.25△t= 2.5 °C△t= 4.0 °C△t= 3.5 °C△t= 2.5 °C△t= 2.0 °C△t= 3.0 °C△t= (△t+ △t+△t+△t+△t+△t) / 6= 17.5 / 6 = 2.92 °C※ 데이터의 평균값을 이용해 수치 해석적 기법인 최소제곱근사법(lsm)을 이용하여서 값을 구한다., b =- a△= 17.33℃ 이다.△= 20.14℃ 이다.= 3.59= 6.19= 22.196. 고찰 및 결론이번 실험 목표는 고체의 열전도도를 정상상태의 열이동으로 부터 구하고 전도에 의한 열전달을 잘 이해하는 것이었는데 앞서 완벽하게 이해하지 못했던 열전도에 관하여 이해하는데 많은 도움이 되었다.실험결과는 K가 22.19가 나왔다. 이 값을 W/(m ℃)로 변화 시키면= 25.79 W/(m ℃)의 값이 나오게 되는데 이 값을 제일 근사적인 재료를 테이블에서 찾아 본 결과 K값이 27.6W/(m ℃) 인 Boron에 가장 근접한 값이 나왔다. 그래서 이 금속을 Boron으로 예상한다.기계적인 문제와 조작의 미숙함이 있었기에 오차가 있었지만 이번 실험의 특성상 공기가 조금 들어 갈 수 밖에 없으므로 오차가 나는 것은 어쩔 수 없는 것이며 비교적 잘 된 실험이라고 자체적으로 생각한다.

공학/기술| 2007.11.21| 7페이지| 1,000원| 조회(876)

열전도, 고체의 열전도도, SUS 304, 온도 구배 그래프, 열전도도도 실험

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연료전지의 종류 및 특성, 원리

1. 연료전지란?Fuel Cell은 우리말로 연료전지로 표현되며 이러한 연료전지의 원리는 이미 1839년에 물이 전기 분해 되는 현상의 역반응이 가능함을 알게 되면서 최초로 알려졌다. 그 이후 Fuel Cell은 여러 사람들의 연구에 의해 새로운 에너지원으로서의 가능성을 보여주었지만 내연기관의 가속적인 발전으로 인해 더 이상의 진전을 이루지 못했다.1960년대 미국의 NASA는 Space Program을 추진하면서 우주선내의 동력원으로 연료전지를 선택하게 되는데 핵연료를 이용한 발전은 위험성을 내포하고 있었고, 전기 배터리는 부피가 크고 수명이 짧았으며, 태양력을 이용한 발전은 비용이 많이 들어가는 단점이 있었기에 크기가 작고 효율도 높으며 배기가스가 적은 연료전지가 우주선의 동력원으로 사용되었던 것이다. 이러한 NASA의 계획에 의해 연료전지에 관련된 연구가 이때부터 본격적으로 이루어지기 시작했다.지금은 고 효율과 공해가 없는 차세대 에너지원으로 주목 받고 있으며 에너지 혁명을 촉발할 실용적인 연료전지 개발과 응용이 선진업체를 중심으로 이루어지고 있다. 현재 연료전지는 저용량부터 고용량까지의 발전설비 분야와 Zero Emission 자동차개발 그리고 비디오카메라나 노트북에 이용되는 휴대용 소형 전지 분야 등에 적용되어 상용화를 위한 활발한 연구가 진행 중이다.연료전지를 자동차의 동력원으로 사용하고자 한 시도는 80년도 말부터 시작되었으며 선진 자동차업체 들은 2003년 미국 캘리포니아주의 Zero Emission 규제의 실용화를 배경으로 가장 현실성 있는 대처 방안을 연료전지 자동차에서 찾고 있다. 연료전지는 내연기관과는 달리 무연소 에너지 발생장치 이므로 연소시 발생하는 유해한 배기가스가 없다. 따라서 환경 친화적인 동력 발생장치이며 효율도 내연기관에 비해 월등히 높다. 미국, 캐나다, 독일, 일본 등에서는 이러한 무공해 연료전지 자동차개발의 실용화를 위해 국가적인 지원과 함께 많은 연구를 하고 있다.연료전지를 탑재한 대중버스는 이미 미국, 캐나다의 도심지소가 공급되면 음극을 통해서 들어온 수소분자는 촉매(Catalyst )에 의해 양자와 전자로 나누어진다. 나누어진 양자와 전자는 서로 다른 경로를 통해 양극에 도달하게 되는데, 양자는 연료전지의 중심에 있는 전해질(Electrolyte)을 통해 흘러가고, 전자는 외부회로를 통해 이동하면서 전류를 흐르게 하며 양극에서는 다시 산소와 결합하여 물이 된다.연료전지에는 천연가스, 메탄올, 가솔린 등의 다양한 연료가 사용되어질 수 있는데, 연료개질기(fuel reformer)를 이용해 수소로 개질하여 사용한다. 단위전지의 전압은 보통 0.7V 이며 이러한 단위전지를 여러 개 직렬로 연결하면 연결된 수만큼 곱한 만큼의 전압이 얻어진다.연료극에서 수소가 수소이온과 전자로 분해된다.↓수소이온은 전해질을 거쳐 공기극으로 이동한다.↓전자는 외부회로를 거쳐 전류를 발생한다.↓공기극에서 수소이온과 전자,그리고 산소가 결합하여 물이된다.?2. 연료전지의 특성연료전지의 가장 큰 장점은 높은 에너지 변환 효율과 환경 친화성을 들 수 있다. 화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급 받으므로 배터리와는 달리 충전이 필요 없고, 연료가 공급되는 한 전기를 발생시킨다. 또한 화학에너지를 바로 전기에너지로 전환하기 때문에 여러 에너지 변화장치를 거치는 기존의 발전 방식에 비해 높은 효율을 나타낸다. 이상적인 조건에서 조차 내연기관의 효율은 열역학적인 Carnot Cycle의 지배를 받기 때문에 모든 화학에너지가 기계적 에너지로 전환되는 것은 아니며 일부는 소모된다. 그러나 연료전지는 화학에너지가 기계적 에너지를 통하지 않고 직접 전기화학 반응에 의하여 전기에너지로 전환되기 때문에 Carnot Cycle의 한계를 넘어서는 높은 에너지 변환 효율을 보인다. 일반적으로 연료전지는 내연기관에 비하여 2 ~ 3배 정도의 높은 효율을 갖는다. 또한 NOx 나 SOx 등의 공해 물질을 거의 배출하지 않기 때문에 환경문제가 크게 부료를 사용할 수 있다는 장점이 있다.2) 고체산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)기존의 다른 연료전지와는 달리 전해질로 액체가 아닌 고상인 세라믹을 사용하여 내구성이 높다는 장점을 가지고 있다. 일반발전소와 자동차에 사용되기도 하며 유럽에서는 이미 100 kW급의 시범운행이 준비되고 있으며 일본에서는 25kW급이 이미 상용화 되었다. 작동온도가 1000℃정도 높다는 단점이 있으나 폐열을 이용한 열병합을 할 경우 발전 효율을 더욱 높일 수 있으며, 현재 작동 온도를 낮추려는 연구가 활발히 진행되고 있다.3) 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell)가장 먼저 상용화된 연료전지로 병원, 발전소 및 버스와 같은 대형 운송수단에도 사용되고 있다.4) 고분자 분리막 연료전지(Polymer Membrane Fuel Cell)프로톤 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane)라고도 불리며, 전해질로는 이온 전도성을 갖는 고분자막을 사용한다. 작동 온도가 80℃ 정도로 낮다는 장점을 가지고 있어서 현재 소형자동차나 기타 휴대용 전원 공급장치 등에 상용화 되고 있다.5) 알카라인 연료전지(Alkaline Fuel Cell)NASA의 우주계획에 가장 오랫동안 사용되어온 연료전지로 발전효율이 60% 정도이다.4. 연료전지의 분류연료전지는 이온의 통로인 전해질의 종류에 따라 몇 가지로 분류된다. 종류에 따라 작동온도가 크게 다르며 출력 규모나 이용분야 등도 각각 다르다※ 연료전지 분류에 따른 응용분야연료전지는 이온의 통로인 전해질의 종류에 따라 몇 가지로 분류된다. 종류에 따라 작동온도가 크게 다르며 출력 규모나 이용분야 등도 각각 다르다①고분자 전해질 형 연료전지(PEMFC)MCFC는 650℃의 고온에서 운전되며, 다양한 연료선택(LNG, ADG, LFG 등)이 가능하다. 그리고 HRU (Heat Recovery Unit) 등을 이용한 양질의 고온 폐열을 회수하여 사용하면 전체 발전 시스템의 열효율을 약 60% 이상으로이 쉬우며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있는 장점이 있기 때문에 고분자전해질 연료전지(PEFC)는 무공해 차량의 동력원, 현지 설치형 발전, 이동용 전원, 군사용 전원 등 매우 다양한 분야에 응용 될 수 있는 장점이 있다.▲ 고분자형 연료전지의 장점< 고분자 전해질 연료전지의 구성 >가. 고분자 전해질 멤브레인고분자전해질 멤브레인은 고체이며, 유기고분자이고 보통 poly[perfluorosulfonic] acid이다. 가장 유명한 상업 제품은 Dupont사의 Nafion™으로서 다음의 3가지 영역을 포함한다.(1) Teflon-like, fluorocarbon backbone 과 무수히 반복되는 -CF2-CF-CF2- 단위(2) side chain, -O-CF2-CF-O-CF2-CF2-3번째 영역에 연결(3) sulfonic acid ion으로 구성된 ion clusters, SO3-, H+음이온인 SO3- 는 side chain에 강하게 붙어 있어서 움직일 수가 없다. 그러나 고분자막이 수화(hydrated)되면 수소이온인 프로톤은 물분자에 붙어서 움직일 수 있다. 즉 고분자막 내에서 이온이 SO3- site 와 SO3- site를 hopping방식으로 이동하며 움직이게 된다. 수화된 Nafion막은 전자의 전도는 막으면서 훌륭한 이온의 전도체가 된다.나. 전극 (Electrode)연료전지에서 전기화학 반응은 두개의 반응, 즉 anode에서의 산화반응과 cathode에서의 환원반응으로 구성된다. 두개의 전극은 전해질 고분자막에 의해 서로 분리된다.산화반응 2H2 → 4H+ + 4e-두 반응은 O2 + 4H+ + 4e- → 2H2OCell 반응 2H2 + O2 → 2H2O두개의 반응은 80℃ 정도의 낮은 온도에서는 매우 느리다. 따라서 두 전극에 산화 및 환원반응을 촉진 시키는 촉매가 존재하는데 보통 값이 비싼 백금계 금속이다. 보통 백금촉매는 사용양을 줄이고 이용율을 높이기 위하여 미세한 카본입자를 촉매 지지체로 사용한다. 반응의 결과 최종 산물은 전기, 열라진다. 촉매를 0.15mg Pt/cm2 을 사용하는 경우에는 촉매층의 두께가 10㎛ 정 도이다. 놀라운 사실은 약 200㎛ 정도의 MEA에서 0.5A/ cm2와 0.7V 정도의 전력이 생산된다는 것이다1) MEA가 만족시켜야 할 조건1. 모든 형태의 과전압의 최소화 및 전력밀도의 최대화2. 귀금속 촉매의 최소화3. 효율적인 열 및 물 관리4. 분산전원, 수송용 및 휴대용 등 각 응용분야에 적합한 수명의 확보2) MEA의 성능향상1. 활성금속인 백금의 지지체로 표면적이 넓은 carbon black을 사용함으로써 백금 촉 매의 양을 기존의 1/10으로 줄이는데 성공.현재 → 연료극의 경우 약 0.005mg/cm2 의양으로도 기존보다 더 우수한 성능을나타내는 MEA의 제작이 가능해짐2. 전극 층의 두께를 줄이는 방법 → 촉매 중 귀금속의 비율을 높임으로써 가능하다.방법: 얇은 전극 층은 백금의 이용률을 증가시키고, 활성화 과전압, 물질이동 및 ohmic과 전압을 낮추며, 출력밀도를 증가시킨다.3) MEA 제조방법1. 분리 전극 법: 촉매를 다공성의 전기전도성을 가지는 탄소 천과 탄소 종이 등의 물질에 고정시키는 과정을 거치는 것.2. 전해질에 직접 전극을 만드는 법: 직접 막 위 전극을 형성 시키는 것.라. 기체확산층 (Gas Diffusion Layer)전극 바로 다음에 위치하면서 전극에 연료 및 공기를 공급해주고 생성된 전기를 모집하는 역할을 수행하며 보통 100 ~ 300㎛ 정도의 두께를 가지는 다공성 카본 paper 나 cloth로 만든다. 가스 확산층은 촉매로의 가스의 이동을 원활하게 해주는 동시에 수분관리에 꼭 필요하다. 즉 멤브레인에 적당한 수분이 존재하도록 해준다. 또한 cathode에 과량의 수분(flooding)이 존재하는 것을 막아주어야 한다. 이러한 목적으로 테프론과 같은 방수제를 처리하는 것이 일반적이다.마. 분리판 (Bipolar Plate)분리판은 MEA 양쪽에 붙어 있으면서 연료인 수소와 산소를 공급해주는 역할과 전류를 수집하는 역할을타낸다.

공학/기술| 2007.11.21| 13페이지| 1,000원| 조회(1,727)

연료전지, SOFC, DMFC, PEMFC, full cell

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