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재료의 전기화학적 성질
1.이론
연료전지는 전기화학 셀로서 산화전극｜전해질｜환원전극으로 구성되고, 산화전극과 환원전극에 각각 환원제와 산화제를 공급하여 전기를 생산하는 장치이다.
고체산화물 연료전지는 전해질이 세라믹 재료인 고체산화물로 구성된 연료전지를 말한다. 열 병합 발전시 효율이 80% 이상으로 높으며 수소를 얻기 위한 개질이 불필요하고 다양한 크기의 발전 시스템을 구성할 수 있다는 장점이 있으나, 작동온도가 높고, 열충격에 약하다는 단점이 있다. 전해질로는 Stabilized-Zirconia나 Doped-Ceria 등이 주로 사용되고 훤원 전극으로는 Perovskite계 산화물, 산화 전극으로는 Nickel, Ruthenium 등의 전이금속과 전해질 재료의 cermet이 사용된다. 전해질을 통해 산소이온이 움직이며, 환원전극(cathode)에서 생성된 산소이온이 전해질을 통해 이동하고, 산화전극(anode)에서 수소와 반응하여 물을 생성하며 전기를 생산하게 된다.
두 전극의 형성되는 전위차는 각 전극에서 일어나는 산화환원 반응의 Gibbs free energy 차이에 의해 전위차가 형성되기 때문에 자발적으로 형성된다. 실제 연료전지의 Open Circuit Voltage(개방회로전압)는 온도, 압력, 농도에 따라 달라지며 Nernst 식을 통해 개방회로전압을 구할 수 있다.(E: 개방회로전압, E: reversible voltage, aproduct, areactants: 반응물과 생성물의 activity, vi: i성분의 stoichiometric coefficient) 이 실험에서는 와 같으며 수소 3기압, 공기 5기압, 상온에서 E〓1.244V 이다.
외부에서 전압을 가하지 않을 경우, 두 전극의 산화환원반응은 평형상태를 유지하며 전류가 흐르지 않는데, 이때의 평형상태에서의 전압을 개방회로 전압이라고 한다. 전류가 흐르려면 전압을 가하여 평형이 깨져야 하는데 이 때 인가된 전압을 …(생략)
2.실험방법
3.실험결과
4.고찰
1)전해질 지지형과 음극 지지형의 가장 큰 차이는 무엇이고, 이 차이가 성능에 어떠한 영향을 미칠 수 있는가
2) 세 개의 측정 결과를 비교하고, IV curve가 어떻게 다르며 어떠한 원인에 의해 이와 같은 차이가 발생하였는지 고찰하시오.
(1),(2),(3) 조건의 수소압력은 같다. (1)번과 (3)번의 조건을 비교하면 같은 조건에서 온도만 차이가 났을 때 온도가 높은 조건에서 기울기가 더 완만하며, 같은 Current Density를 가질 때 Potential 이 더 크다. 이는 온도가 높을수록 전해질의 이온전도도가 증가되어 ohmic loss 값이
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