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장시간 운전에 있어서 안정성이 아직은 낮다는 점 등이 단점으로 지적되고 있다.hwp 문서 (다운로드).. 이러한 경제적인 이유로 인하여 SOFC 는 PAFC 및 MCFC 보다 뒤늦게 개발이 시작되었음에도 불구하고 21 세기 초 실용화를 목표로 집중적인 연구개발이 이루어지고 있다. Cathod:1/2O2 + 2e- 〓 O2 (1) Anode:H2+O2- 〓 H2O + 2e- (2) Overall: H2 + 1/2 〓 H2O (3) 식 (3)에서 전기화학반응시 계에서 발생하는 자유에너지의 변화 ΔG (J/㏖)는 일반적인 화학반응에서와 같다. 또한 NOx 등 공해물질 및 소음 발생이 거의 없는 무공해 발전일 뿐 아니라 효율이 장치 및 부하의 크기에 영향을 받지 않으므로 용량 조절이 자유롭고 입지 선정이 용이하고 필요한 곳에 설치하여 발전이 가능하다. 연료전지는 전기화학반응을 이용한 발전장치로서 일반 화력발전과는 달리 연료의 화학에너지를 바로 전기에너지로 변환시키기 때문에 에너지 전환 효율이 Carnot cycle 에 의한 열역학적 제한을 받는 기존의 화력발전보다  ......

 

 

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공학 업로드 응용화학개론 - 연료 전지에 관하여 레포트

 

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공학 업로드 응용화학개론 - 연료 전지에 관하여

 

[공학]응용화학개론 - 연료 전지에 관하여

 

응용화학개론 리포트

 

 

 

연료 전지에 관하여.

 

 

 

 

※ 연료전지란?

 

연료전지는 19세기 말 영국의 Grove 경에 의하여 최초로 보고되었으며 1960 년대 미국의 제미니 우주계획에서 고분자 연료전지가 우주선의 전원으로 사용되면서 대체 에너지원으로서 본격적으로 개발되기 시작하였다. 초기에는 주로 우주 개발이나 군사용과 같은 특수 용도에 적합한 소규모 연료전지가 주된 연구 대상이었으나 70년대 중반 두차례에 걸친 석유파동 이후 대체 에너지 개발이 절실해 짐에 따라 민수 동력원으로 사용하기 위한 연구가 시작되었다. 또한 최근에는 환경문제가 대두되면서 미국, 일본 및 유럽 연합등 선진 각국을 중심으로 기존의 화력 발전소를 대체하거나 도심의 대형 건물 등 에너지 소비가 큰 시설물을 위한 현지 설치형(on-site) 발전에 응용하기 위한 대형 연료전지 시스템은 물론 디젤엔진을 사용하고 있는 도심운행 버스나 소형 잠수함등 교통수단의 동력원으로 사용하기 위한 중소형 시스템 개발에 대한 연구가 활발히 진행중에 있다.

 

※연료전지 효율성.

 

연료전지는 전기화학반응을 이용한 발전장치로서 일반 화력발전과는 달리 연료의 화학에너지를 바로 전기에너지로 변환시키기 때문에 에너지 전환 효율이 Carnot cycle 에 의한 열역학적 제한을 받는 기존의 화력발전보다 월등하게 높다. 또한 NOx 등 공해물질 및 소음 발생이 거의 없는 무공해 발전일 뿐 아니라 효율이 장치 및 부하의 크기에 영향을 받지 않으므로 용량 조절이 자유롭고 입지 선정이 용이하고 필요한 곳에 설치하여 발전이 가능하다. 따라서 연료전지는 미래의 대체 발전방식으로 각광받고 있으나, 현재로서는 구성요소의 제작비용이 높고 대부분 고가의 수소를 연료로 사용하기 때문에 화력발전에 비해서 발전 단가가 높으며, 장시간 운전에 있어서 안정성이 아직은 낮다는 점 등이 단점으로 지적되고 있다.

특히, 연료전지들 가운데 고온에서 작동하는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 다른 종류의 연료전지들과는 달리 수소 대신 값싼 천연가스를 별도의 개질 과정을 거치지 않고도 직접 연료로 사용 가능하며 작동온도가 높아서 전극 반응이 가속화 됨으로써 고가의 Pt 촉매를 사용하지 않아도 되기 때문에 발전단가를 현저히 줄일 수 있을 것으로 기대되어진다. 이러한 경제적인 이유로 인하여 SOFC 는 PAFC 및 MCFC 보다 뒤늦게 개발이 시작되었음에도 불구하고 21 세기 초 실용화를 목표로 집중적인 연구개발이 이루어지고 있다.

전지란 계의 자유에너지 변화를 전기화학반응을 통하여 직접 전기에너지로 전환시키는 전기화학기구이다. 특히 연료전지는 그림 1 에서 알 수 있는 바와 같이 화학전지와는 달리 구성요소들은 반응에 참여하지 않고 단지 반응기체들 사이에서만 전기화학반응이 진행되므로 연속적으로 전기에너지를 생산할 수 있다. SOFC 에서 일어나는 일련의 전기화학적 반응들 중 양극(cathode)에서 일어나는 산화제(O2)의 환원반응과 음극(anode)에서 일어나는 연료기체(H2)의 산화반응을 정리하면 다음과 같다.

Cathod:1/2O2 + 2e- 〓 O2 (1)

 

Anode:H2+O2- 〓 H2O + 2e- (2)

 

Overall: H2 + 1/2 〓 H2O (3)

 

 

 

식 (3)에서 전기화학반응시 계에서 발생하는 자유에너지의 변화 ΔG (J/㏖)는 일반적인 화학반응에서와 같다. 화학반응에 수반되는 자유에너지의 변화와 전기화학반응에 수반되는 전위차 E(V) 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

ΔG〓ΔG0+RTlnQ 〓 -nFE (4)

 

 

 

식 (4)에서 ΔGo(J/㏖) 는 표준상태에서 계의 자유에너지 변화, R(J/㏖?K) 과 T(K) 는 각각 기체상수와 절대온도, Q

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