[공업화학실험] 태��전��,연료전�� 예비보고서

연료전��는 연료(수소, 메탄올, 석탄, 천연가스, 석유, 바이오매스가스, 매립지가스 등)의 화학에너지를 전기화학반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 발전장치로서, 기존의 발전기술 보다 높은 발전효율 그리고 공해물질 배출을 줄이면서 전기왿� 열을 동시에 생산하는 기술이다. 기존의 화력발전이 연료를 연소시켜 열에너지로 변화시킨 후 다시 기계적 에너지로 변환시켜 전기를 생산시키는 데 반해, 연료전��는 연료로부터 직접 전기를 생산하므로 기존 에너지원보다 효율이 10~20%정도 높으며, NOx, SOx 등의 유해 가스의 배출이 1% 이하로, 대기 환경의 획기적인 개선을 기대할 수 있는 청정 고효율 발전 시스템이다. 또한 터빈이 필요 없어 기존의 발전방식에 비해 소음과 진동이 적어 도심 설치가 가능하므로 현재의 중앙집중식 발전 대신 분산형 발전으로 전력공급 시스템을 전환시키는 것이 가능하다. 연료전��는 현재는 화석연료를 개질하여 수소를 생산하여 사용하므로 개질기가 필요하나, 향후에는 태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지를 이용해 물을 분해하여 수소를 생산하여 사용할 예정이다.
그 중수소이온 교환 멤브레인 연료 전지 (PEMFC)는 가솔린과 디젤 엔진을 대채할 새로운 에너지원으로 각광 받고 있다.
PEMFC는 멤브레인으로 고체 고분자 전해질 (얇은 플라스틱 필름) 을 사용한다. 이 고분자는 물로 포화 되어 있을 때 양성자를 통과시키지만 그렇지 않으면 전자를 흘리지 않는다.
PEMFC 용 연료는 수소이고 전하 운반체는 수소이온이다. 양극에서 수소 분자는 수소 이온 (양성자)과 전자로 분리 된다. 수소이온은 전해질을 통과하고 전자는 겉의 전선을 따라 이동을 하며 전력을 생산하게 된다. 공기 중의 산소는 양극에서 수소이온과 결합하여 물을 생성한다.
전극에서 반응은 다음과 같다.
1. 먼저 연료극에서 연료로 공급되는 수소가 전자를 방출하면서 수소 이온이 된다.
-Anode Reactions : 2H2 => 4H+ + 4e-
2. 공기극에서 산화제로 공급되는 산소가 전극에서 전자를 공급받고, 전해질의 수소 이온과 반응해 물이 된다.