연료전지의 정의/원리/장점/종류/화학반응식

안녕하세요

꽤나 일찍 돌아온 뭉게구름의 온실가스 관련 용어 설명 포스팅입니다.

이제 온실가스관리기사 실기시험이 끝난 지 일주일 즈음 되었네요.

 

저번 포스팅에서 알아보았던 초임계 이산화탄소를 활용한 발전 문제는 사실 50%의 확률로 찍으면 되는 양자택일 문제여서 찍을 수라도 있었습니다.

초임계 이산화탄소를 이용한 발전

하지만 이번 포스팅에서 알아볼 수소연료전지의 산화, 환원 반응 문제는 주관식이라 쓰지도 못했어요.

그것이 천추의 한이 되어 한 번 알아볼까 합니다.

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우선 연료전지가 무엇인지에 대해 알아야 합니다.

연료전지의 구조 및 원리(출철: 네이버 지식백과)

연료전지란 신에너지의 한 종류로 화학 변화가 일어날 때의 에너지 변화를 전기 에너지로 변환하는 장치인 화학 전지의 원리를 이용하여 수소와 산소를 통한 전기 에너지를 발생시키는 장치(방식)입니다.

 

수소와 산소(공기)를 외부에서 주입한다는 점, 안의 수용액에서 산화/환원 반응이 일어난다는 점이 기존의 화학전지와 다른 점이라고 볼 수 있겠네요.

 

수소와 산소를 이용하기 때문에 수소-산소 연료전지라고도 불리는 이 방식은 꽤나 옛날에 발견된 방식이라고 합니다.

1839년에 처음 발견되었고, 1965년부터 본격적으로 연구되었다고 하네요.

 

연료전지의 원리

연료전지의 원리(출처: 두산모빌리티이노베이션)

 

그럼 연료전지의 원리에 대해 간단히 알아보겠습니다.

연료전지는 양극(+), 음극(-) 그리고 전해질로 구성되어 있는데요.

 

먼저 외부에서 공급된 수소가 음극에서 수소이온과 전자로 분리됩니다.

이렇게 분리된 전자는 음극에서 양극으로 흐르면서 전기를 생산합니다.

그리고 나머지 수소이온은 전해질을 통해 양극으로 이동하여 산소와 만나 물이 되어 배출됩니다.

 

연료전지 산화/환원 반응식

 

이때 음극과 양극에서 일어나는 산화/환원 반응식이 바로 이번 온실가스관리기사 실기시험에 나왔던 문제에 해당하죠.

연료전지 산화/환원 반응식(출처: 네이버 지식백과)

알고 보면 매우 간단한 원리입니다.

원리만 알고 있었어도 풀 수는 있는 문제였네요.

 

연료전지의 장점

그럼 좀 더 나아가서, 연료전지의 장점은 무엇일까요?

 

일단 신에너지답게 친환경적입니다.

전력을 생산하는 과정에서 배출되는 물질은 물 뿐이므로, 공해물질 및 온실가스 배출이 전혀 없어요.

심지어 공기를 정화하는 능력도 있다고 합니다.

 

그리고 에너지 효율이 높습니다.

기존에 사용하던 대부분의 발전 방식은 연료를 연소하여 발생한 증기를 통해 터빈을 돌려서 전력을 생산했었죠.

에너지를 여러 번 변환하여 전력을 생산하다 보니 그 과정에서 에너지 손실이 많이 일어났습니다.

하지만 연료전지는 수소를 전기로 직접 변환하기 때문에 에너지 효율이 높은 것이죠.

 

연료전지 종류

연료전지의 종류

위의 자료는 제가 지겹도록 외웠던 연료전지의 종류를 정리한 자료입니다.

결국 안 나왔지만요.

아무튼 연료전지의 종류는 다음과 같습니다.

 

• 고분자전해질 연료전지(PEMFC)
• 인산형 연료전지(PAFC)
• 직접메탄올 연료전지(DMFC)
• 용융탄산염 연료전지(MCFC)
• 고체산화물 연료전지(SOFC)
• 알칼리 연료전지(AFC)

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이번 포스팅에서는 연료전지의 정의, 원리, 화학반응식, 장점, 종류에 대해 알아보았습니다.

글에서 광기가 느껴지네요. 틀린 것에 대한..

하지만 덕분에 이렇게 알아가는 것도 나쁘지 않습니다.

아마 틀린 문제 시리즈는 한 번 더 돌아올 거 같습니다.. 방금 하나 더 기억났거든요..

감사합니다.

 

- 참고자료

네이버 지식백과 https://terms.naver.com/entry.naver?docId=945218&cid=47337&categoryId=47337SK E&S 미디어룸 https://media.skens.com/2448