연료 전지용 양성자 교환막

1.1 개요

에너지 부족 문제는 전 세계적으로 점점 더 심각해지고 있습니다.전통적인 화석 연료는 재생이 불가능하고 그 과정에서 심각한 환경 오염이 발생했습니다.그러나 대부분의 에너지 변환은 열기관 공정에 의해 이루어지기 때문에 비효율적이다.지난 30년 동안 화석 연료는 감소했고 청정 에너지에 대한 수요는 증가했습니다.친환경적인 재생에너지를 찾는 것은 21세기 인류가 직면한 중대한 과제입니다.따라서 위와 같은 전통적 에너지의 문제점을 감안하여 에너지 전환 효율을 개선하고 청정한 신에너지를 모색하기 위한 연구가 점점 더 활발해지고 있다.

연료 전지는 연료의 화학 에너지를 전기 화학 반응을 통해 직접 전기로 변환하는 새로운 유형의 에너지 기술입니다.또한 지리적, 지리적 조건에 구애받지 않습니다.최근 몇 년 동안 연료 전지는 급속도로 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있습니다.

1.2 연료 전지

연료 전지는 카르노 사이클의 제한을 받지 않으며 이론적으로 높은 에너지 전환율(200°C 미만에서 80% 효율)을 갖습니다. 실제로 효율은 일반 내연기관의 2~3배입니다. 사용되는 연료는 수소, 메탄올, 탄화수소 및 기타 수소가 풍부한 물질로 환경 친화적입니다.따라서 연료 전지는 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.연료 전지의 구성, 분류 및 특성에서 다음 세 가지 측면을 구체적으로 소개합니다.

1.2.1 연료전지의 구성

연료 전지는 본질적으로 물 전기 분해를 위한 역전 장치입니다.연료 전지에서 수소와 산소는 화학적으로 반응하여 물을 형성하고 전기를 방출합니다.연료전지의 기본 구조는 양극, 음극, 전해질로 구성된다.일반적으로 양극과 음극에는 전극에서 전기 화학 반응을 촉진하기 위해 일정량의 촉매가 포함되어 있습니다.두 극 사이에는 전해질이 있는데 염기성, 인산염, 고체 산화물, 용융 탄산염 및 양성자 교환막의 다섯 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.H/O 연료 전지를 예로 들어 보겠습니다(그림 1-1). H는 연료 전지의 양극 부분에 들어가고 양극의 백금 층은 수소를 양성자와 전자로 변환합니다.중간 전해질은 양성자가 연료 전지의 음극 부분으로만 통과하도록 합니다.전자는 외부 회로를 통해 음극으로 흘러 전류를 형성합니다.산소는 연료 전지의 음극으로 들어가 양성자 및 전자와 결합하여 물을 형성합니다.