[공학과 기술의 이해]연료 전지의 원리와 실용화 대책

연료 전지의
원리와 실용화 대책
과목 : 공학과 기술의 이해
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- 연료전지의 원리
물을 전기분해하면 전극에서 산소와 수소가 발생하는데 연료전지는 물의 전기분해 역반응을 이용하는 것으로 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 것이다. 연료전지는 일반 화학전지(예, 건전지, 축전지 등)와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있다. 즉, 공기만 있으면 무한히 사용할 수 있는 에너지이다.
연료전지 내부를 잠깐 살펴보자. 아래 두 그림은 연료전지의 기본 단위인 단위전지에서 전기가 생성되는 과정을 나타낸 것이다.
이것이 바로 연료전지에서 사용될 수소를 얻을 수 있는 방법이다. 천연가스, 메탄올, 석탄가스 등과 같은 화석연료와 수증기가 만나게 되면 수소, 일산화탄소, 이산화탄소가 생성된다. 이 중에서 수소만을 골라내어 연료전지의 연료극에 수소를 공급한다. 이렇게 만들어진 수소를 밑에 있는 단위전지의 연료극에 공급해 주는 것이다. 연료전지에서 전기를 일으키는 하나의 기본체인 셀(cell)의 모양이다. 연료극과 공기극에 각각 수소와 공기(산소)가 공급되어 전해질과 반응하여 이온을 형성한다. 이렇게 생성된 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극에서 전자가 생성되어 공기극으로 이동하면서 결국 전기를 발생시킨다. 한 개의 셀(cell)에서 전기가 발생하지만 이 전기의 양은 우리가 실생활에 사용하기에는 매우 적은 양이므로 셀(cell)들을 여러 개 포개서 많은 양의 전기에너지로 사용하게 된다. 여러 개의 셀(cell)들을 모아 놓은 것을 스택(Stack)이라고 한다.
좀더 자세히 원리를 살펴보자. 각 전극에서 일어나는 반응식과 총 반응식은 다음과 같다.
Anode : H2(g) → 2H+ + 2e- (1)
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