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영상으로 보는 과학실험입니다.

물로 만드는 수소연료전지

진명여자고등학교 Chaos
발표학생 : 허가영, 송의연, 최영빈, 김주연, 석윤채, 유슬기
지도교사 : 오  욱 선생님

 

[실험개요]

(탐구) 물을 전기분해시켜 수소기체와 산소기체를 발생시키고 이 기체를 이용하여 수소연료전지를 만들어 작동시킬 수 있다.
(지식) 물의 전기분해 원리와 수소연료전지의 작동 원리를 설명할 수 있다.
(태도) 수소연료전지와 같이 화석 연료를 대체할 수 있는 무공해 에너지의 사례를 말할 수 있다.

 

[실험재료]

필름통, 나사못, 키친타올, 멜로디키트, 황산나트륨, sealing tape, 활성탄, 전선, 스포이트, 드라이버, 송곳, 전원장치, 약수저, 정제수

 

[실험과정]

 

 

1

1. 황산나트륨수용액에 활성탄을 넣고 섞어준다.

 

 

2
2. 황산나트륨수용액에 담궈둔 활성탄을 필름 통에 1/2 정도 꾹꾹 눌러 담는다.

 

 

3
3. 키친타올을 접어서 필름통에 넣어 필름 통에 담긴 활성탄을 완전히 덮는다.

 

 

4
4. 키친타올이 찢어지지 않도록 주의하면서, 그 위에 다시 활성탄을 입구(경계선)까지 눌러 담는다.

 

 

5
5. 입구까지 활성탄을 넣고 뚜껑으로 입구를 막는다.

 

 

6
6. 뚜껑을 덮은 필름통을 sealing tape를 사용하여 틈이 없도록 막아준다.

 

 

7
7. 키친타올을 경계로 필름통 측면의 위, 아래에 송곳으로 2개의 구멍을 뚫는다.

 

8

8. 뚫어놓은 구멍에 나사못을 끼우고 sealing tape 를 사용하여 잘 막는다.

 

 

9
9. 필름통의 위, 아래 나사못에 각각 (+), (-)극을 결정하여 필름통에 표시한다.

 

 

10
10. 전원장치를 이용하여 2분 정도 전극에 전류를 흘려준다.

 

 

11
11. 멜로디 키트를 조립한다.

 

 

12
12. 전선에 클립을 연결한다.

 

 

13
13. 멜로디 키트를 필름통의 (+), (-)극에 맞게 연결한다.

 

[실험원리]

물을 전기분해시켜 수소기체와 산소기체를 발생시키고 이 기체를 이용하여 수소연료전지를 만들어 작동시킴으로써 물의 전기분해 원리와 수소연료전지의 작동 원리를 알아 볼 수 있는 실험이다. 연료전지란 연료의 산화에 의해 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 장치이다.

 

[더 알아보기]

# 세계 최초의 전기분해
 1800년 볼타가 볼타전지를 발표하고 불과 몇 주 후 윌리암 니콜슨과 앤서니 칼라이즐은 물을 전기분해하여 물이 수소와 산소가 2:1의 부피비로 결합한 것임을 밝혀내었다. (당시에 사용한 물은 순수한 물이 아닌 지하수일 것으로 생각됨)

# 연료전지의 정의
 산화, 환원 반응을 이용한 점은 같지만 닫힌계에서 전지 반응을 하는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고, 생성물은 연속적으로 외부로 제거된다. 가장 전형적인 연료전지로 수소-산소 연료전지가 있다.

# 수소-산소 연료전지
 수소-산소 연료전지가 각광받는 이유는 생성물이 물이기 때문에 환경오염이 없으며, 수소가 기체이므로 액화시키면 대량으로 저장시킬 수 있고, 에너지 효율이 높기 때문이다. 그러나 수소기체는 폭발성이 있기 때문에 저장, 수송에 어려움이 있다. 또한 물을 전기분해하여 수소를 얻는 방법은 전력 소모가 크므로 현재 수소는 원유로부터 생산되는 경우가 대부분이라는 것도 문제이다.


# 연료전지의 응용
 연료전지는 가솔린 등 화석연료를 사용하는 내연기관보다 효율이 30~50%가량 높다. 또 순수한 상태의 물만 배출하기 때문에 오염이 없는 청정에너지이다. 한때는 값이 너무 비싸 우주선 등 특수한 용도에만 사용되었지만 연료전지 기술이 발전하면서 관련 제품들이 등장하고 있다. 우리나라에는 2010년 남양주 호평 지구에 가정용 연료전지 시스템을 설치했다. 이 시설은 연 이산화탄소 배출을 약 1500kg 줄일 수 있는데, 이는 어린 잣나무 5700그루를 심는 것과 같은 효과이다. 싱가포르에서는 수소연료전지 자전거와 교육용 장난감인 물로 가는 자동차도 개발되었다. 또한 휴대용 연료전지 충전기, 연료전지 청소기등과 자동차 업종에서도 계속적으로 개발하고 있다.
 

 


 

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