연료전지 설명 영상

연료전지의 정의

연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기를 만드는 발전 장치다.

화학 에너지를 연소 없이 직접 전기 에너지로 바꾸는 것이 핵심이다.

연료가 계속 공급되는 동안에는 재충전 없이 발전이 지속된다.

발전 원리

연료극은 연료가 산화되며 전자를 만드는 전극이다.

전자는 외부 회로를 지나 공기극으로 이동해 전류를 만든다.

이온은 전해질을 통과해 전하 흐름을 완성한다. 전해질은 전자를 통과시키지 않는다.

공기극은 산소를 환원시켜 전자를 소모하는 전극이다.

전자는 외부 회로로, 이온은 전해질로 흐르게 나누는 것이 핵심이다.

반응식과 이론 전압

수소-산소 전지의 전체 반응은 수소와 산소가 만나 물을 생성하는 식이다.

연료극에서는 수소가 전자를 내놓고, 공기극에서는 산소가 전자를 받는다.

수소 1몰이 반응할 때 전자 2몰이 이동하는 것이 기본 원리다.

이론 기전력은 깁스 자유에너지 변화로 계산한다. 액체 물 생성 기준 약 1.23V다.

실제 출력은 활성화, 내부 저항, 농도 손실 때문에 이론값보다 낮다.

전해질별 종류 비교

연료전지는 전해질 종류에 따라 작동 온도와 용도가 크게 달라진다.

표의 PEMFC는 약 60~80°C의 저온형이고, SOFC는 700~1000°C의 고온형이다.

고온형은 폐열 활용 가치가 커서 복합발전에 적합하다.

저온형은 빠른 기동과 소형화에 유리하다. 시험은 전해질, 작동온도, 전하 운반체를 축으로 비교한다.

고온 작동과 연료 순도가 종류 선택의 기준이 된다.

구성과 발전 절차

연료전지 발전 장치는 연료 개질부, 스택, 전력변환부로 나뉜다.

개질부는 천연가스 같은 연료에서 수소가 풍부한 가스를 만든다.

셀 한 개는 1V 미만이라 여러 셀을 직렬로 적층해 전압을 얻는다.

전력변환부는 스택의 직류를 계통 연계용 교류로 바꾼다.

반응열과 폐열은 열회수 장치로 모아 이용한다.

헷갈리는 점과 안전

첫째, 연료전지를 충전이 필요한 축전지처럼 설명하면 안 된다.

연료가 공급되는 동안 연속으로 발전하며 재충전은 필요 없다.

둘째, 생성물은 연료에 따라 다르다. 수소는 물, 탄화수소는 이산화탄소도 발생한다.

셋째, 수소는 매우 낮은 유량에서도 연소를 지지하므로 누설 감지가 중요하다.

보호장치는 본체와 계통 측을 나누어 쓰면 채점에서 구조를 인정받기 쉽다.

정리

연료전지는 연료와 산화제를 반응시켜 연속으로 전기를 만드는 장치다.

구성은 개질부, 스택, 전력변환부로 나뉘고 종류는 전해질로 구분한다.

시험에서는 원리, 종류, 구성, 안전을 한 흐름으로 답하면 된다.