연료전지(PEMFC)실험 예비보고서

소개글

연료전지(PEMFC)실험 예비보고서

목차

1. 실험목적
2. 연료 전지(Fuel Cell)의 정의와 기본 원리.
(1) 기본개념
(2) 연료전지 원리
(3) 연료전지의 반응의 순서
3. 연료 전지의 종류 및 특성 조사.
(1) 연료전지의 종류 및 특성
4. 연료 전지 관련 용어
(1) MEA (Membrane Electrod Assembly)
(2) GDL (gas diffusion layer)
(3) Gasket
(4) OCV (open circuit voltage)
(5) CV (cyclic voltammetry, CV)
(6) URFC (Unitized Regenerative Fuel Cell)
5. 연료 전지의 개발사례 or 개발중인 분야
6. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
: PEMFC의 성능측정을 통한 연료전지 system의 이해

2. 연료 전지(Fuel Cell)의 정의와 기본 원리.
(1) 기본개념
연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지를 말한다. 연료전지는 기본적으로 보통의 화학전지와 같지만 차이점은 전지는 화학반응을 일으켜서 전기를 만들어 내는 반응물질을 직접 가지고 있지만 그와는 달리 연료전지는 반응물이 외부에서 공급되어 반응생성물이 연속적으로 생겨나 계 밖으로 제거된다.
연료전지는 직접적으로 수소를 사용하는 방법 외에 메탄, LNG 등 천연가스를 사용하는 기체연료와 액체연료(히드라진, 메탄올)를 사용하는 형태 등 여러 가지의 연료전지가 있으며 그 중에서 수소-산소 연료전지가 가장 보편적이다.

(2) 연료전지 원리
연료전지의 기본 개념은 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 물이 생성되며, 동시에 발생하는 전기를 이용하는 것이다. 수소는 Anode으로 공급되고 산소는 Cathode으로 공급된다. 연료전지의 연료인 수소는 순수 수소를 이용하거나, 메탄이나 에탄올 같은 탄화수소를 이용하여 수소개질 과정을 통해 생산된 수소를 이용한다. Anode로 공급된 수소는 전극 촉매상에 수소이온(H+)과 전자(e-)로 분해되고, 이 중 수소이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(PEM)을 통과 하여, Cathode로 전달된다. 동시에 전자는 외부 도선을 통해서 Cathode로 이동하는데, 이 들이 Cathode에 공급된 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때에 일어난 전자의 흐름으로 인해 전류가 생성되고, 물 생성 반응에서 열도 부수적으로 발생한다. 이렇게 생성된 전류는 직류 전류로써, 직류 전동기의 동력으로 사용되거나 전류 변환기를 통해 교류 전류로 바꾸어 사용하기 도 한다. 연료전지 반응에서 생성되는 부가적인 열은 난방용으로 사용되기도 한다. 전해질은 한 전극에서 다른 전극으로 수소 이온을 전달해 주는 역할을 한다. 이온전달의 저항을 최소화 해주기 위하여 전해질막은 전극이 접촉되지 않는 범위에서 가능한 얇게 한다. 촉매는 전극의 반응을 향상시킨다.
두 개의 전극으로 구성된 단위 셀은 이론적으로 전압을 1.23Volt 까지 생성 시킬 수 있으나, 실제는 0.7V 정도를 생산한다. 연료전지는 필요한 전압을 위하여 쌓아서 적층하여 구성한다. 요구되는 출력을 얻기 위해 표준 크기의 스택을 직렬로 연결하여 상용연료전지를 구성한다.

참고 자료

(1) 탁용석 외 3명, [무기공업화학] p.289~p.311
(2) 한국공업화학회 [무기공업화학] p.115~p.118
(3) 백운기, 박문수 [전기화학, 계면과 전극과정의 과학, 기술] (청문각) p. 301~305
(4) http://100.naver.com/100.nhn?docid=228575
(5) http://blog.daum.net/wsrng/3795119
(6) http://news.hankooki.com/lpage/economy/200512/h2005120618591621540.htm
(7) http://blog.daum.net/boho3/14489286
(8) http://kin.naver.com/open100/
(9) “1.5/3kW급 가정용 연료전지시스템 실증연구” : 최종보고서
/ 산업자원부 [편] 산업자원부, 2006