2011-01-31
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김대영(kimvsyoung)
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안녕하십니까. 저는 SOFC에 대한 공부를 처음 시작한 학생입니다. 궁금한점은
SOFC 와 PEMFC의 charg carrier가 H+, O- 로 다른것으로 알고있습니다. 수소의 산화과정을 통하여 물을 만들어내는 반응은 같은데 전해질에 따라 통과시킬수 있는 이온이 다른것인지 궁금합니다.
감사합니다.^^
- SOFC
- PEMFC
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각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변 5
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답변
박진남님의 답변
2011-02-01- 0
아래의 설명으로 잘 이해가 안 되고, 자세히 알고 싶으시면 일단은 naver 검색이나, wikipedia 검색을 해 보기를 추천합니다. 간단히 설명하면, charge carrier가 다른 것이 아니고, 이온을 전달하는 전해질시스템이 달라서 그렇습니다. PEMFC: 수소가 산화되어 H+가 생기고, 이것이 H+를 전도하는 고분자전해질막을 통해 반대쪽으로 넘어가서 산소 및 전자와 반응하여 물이 생깁니다. 즉, 공기극에서 물이 생깁니다. SOFC: 산소가 전자와 반응하여 O(2-)로 먼저 환원됩니다. 이것이 YSZ라는 산화물세라믹 표면으로 들어가고 반대쪽 표면에서는 존재하는 O(2-)가 수소와 반응해서 물과 전자를 만듭니다. 즉, 연료극에서 물이 생깁니다. >안녕하십니까. 저는 SOFC에 대한 공부를 처음 시작한 학생입니다. 궁금한점은 >SOFC 와 PEMFC의 charg carrier가 H+, O- 로 다른것으로 알고있습니다. 수소의 산화과정을 통하여 물을 만들어내는 반응은 같은데 전해질에 따라 통과시킬수 있는 이온이 다른것인지 궁금합니다. >감사합니다.^^ -
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김선동님의 답변
2011-02-02- 0
안녕하세요 -PEMFC 와 SOFC 의 charge carrier 가 다른 이유는 사용하는 전해질 소재의 특성이 다르기 때문입니다. -PEMFC 의 경우 대표적으로 Nafion 이라는 폴리머 전해질을 사용하는데 이 전해질을 구성하는 술폰기 (-SO3H)가 물에 수화되면 수소(H+)이온이 치환/이동할 수 있게 됩니다. 이때 수소극(anode) 쪽에 수소 이온농도가 높아져 cathode 쪽과 수소분압차가 커지고 연료전지 반응이 진행되면 전자의 Charge neutrallity 를 맞추기 위하여 반대극(cathode)으로 수소이온이 확산하게 되는 것입니다. -SOFC 의 경우 일반 적으로 지르코니아계 전해질을 사용하게 됩니다. 지르코니아는 온도에 따라 결정구조가 변하여 기계적으로 취약한 재료이지만 Yttria, Scandia, Magnecia 등으로 Cubic 결정구조를 갖도록 안정화하여 사용하는데 이 때 안정화지르코니아 결정구조내에 산소 빈자리 결함이 발생하게 됩니다. 고온에서 SOFC 공기극(cathode)에 산소분압이 높아져 anode 와 산소분압차가 커지고 연료전지 반응이 진행되면 Charge neutrallity 를 맞추면서 산소이온이 상대적으로 산소분압이 작은 수소극(anode)로 산소 빈자리 결함을 통해 이동하게 됩니다. -결론적으로 PEMFC 의 전해질은 수소 이온을, SOFC 의 전해질은 산소 이온을 선택적으로 투과할 수 있는 소재(멤브레인)을 사용하고 있이 때문입니다. (참고로 Driving force 는 전극 양단의 수소/산소 분압 차이와 Charge neurtallity 입니다.) >안녕하십니까. 저는 SOFC에 대한 공부를 처음 시작한 학생입니다. 궁금한점은 >SOFC 와 PEMFC의 charg carrier가 H+, O- 로 다른것으로 알고있습니다. 수소의 산화과정을 통하여 물을 만들어내는 반응은 같은데 전해질에 따라 통과시킬수 있는 이온이 다른것인지 궁금합니다. >감사합니다.^^
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신태호님의 답변
2011-02-02- 0
연료전지는 이미 잘 아시는 바와 같이.. 산소와 수소의 화학반응에서 전기로 직접적인 변화를 하는 전기화학적 장치입니다. 산소와 수소의 단순한 화학반응은 아마도 수소가 산소를 만나 타(?)버리는..상황에 따라 아마 폭발적인 산화가 이루어질듯 합니다만.. 발열반응이겠지요. 그러나 연료전지는 산소와 수소를 분리막이라는 격벽을 두고 이온의 교환으로 화학반응이 이루어지게 하고 그때 이온교환 과정에서 전자의 흐름은 회로를 통해 전기로 직접 변환하는 전지가 되는 것이지요. 그러니 연료전지에서는 분리막 (맴브레인)에 따라 그 주요한 특성이 좌우됩니다. 우선 산소와 수소 전체 화학반응에서 고려할 수 있는 이온은 산소이온 (O2-)와 수소이온 (H+)가 있겠네요. 그렇다면, 수소이온 또는 산소이온을 투과시켜 보내 줄 수 있는 분리막을 선택함으로써 연료전지를 구성할 수 있겠다는 생각을 할 수 있죠.. 이러한 결과 여러가지 연료전지의 종류 중에서 PEMFC 와 SOFC 같은 특성의 연료전지가 존재할 수 있는 것이겠지요.따라서 PEMFC는 폴리머 계열의 맴브레인이 수소이온을 투과할 수 있기 때문에 charge career가 H+가 되는 것입니다. 그 이동된 전자를 내어놓고 이동된 수소이온이 반대편 산소와 반응하여 물이 되고 산화되기에 전자의 흐름이 회로에 만들어지고 이로 인해 전지반응이 되는 것이지요. 특히 SOFC의 경우는 세라믹을 분리막 (맴브레인)= 전해질로 사용하는데.. 특히 몇 몇 세라믹 중 고온에서 산소이온을 산소빈자리를 통해 이동시키는 특성의 세라믹이 있습니다. 이러한 세라믹을 분리막(전해질)으로 사용하였을 땐 charge career가 O2-가 되는 것이지요. 최근 SOFC중에는 Proton conduction type -SOFC도 있습니다. 이것의 전해질은 프로톤 즉 H+를 고온에서 이동시킬수 있고 따라서 H+가 charge career가 되는 것입니다. 정리하자면, 전해질의 특성이 어떤 이온을 투과할 수 있는 맴브레인이냐에 따라서 charge career가 결정되는 것이네요. SOFC이지만, H+가 될 수도 있으니 말입니다. SOFC를 공부하시는 분을 뵙게되니 반갑습니다. 늘 열심히 최선을 다하다보면 언젠가 좋은 연구 성과가 있으실 겁니다. 신묘년 새해 복 많이 받으세요. >안녕하십니까. 저는 SOFC에 대한 공부를 처음 시작한 학생입니다. 궁금한점은 >SOFC 와 PEMFC의 charg carrier가 H+, O- 로 다른것으로 알고있습니다. 수소의 산화과정을 통하여 물을 만들어내는 반응은 같은데 전해질에 따라 통과시킬수 있는 이온이 다른것인지 궁금합니다. >감사합니다.^^
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강태구님의 답변
2011-02-05- 0
>안녕하십니까. 저는 SOFC에 대한 공부를 처음 시작한 학생입니다. 궁금한점은 >SOFC 와 PEMFC의 charg carrier가 H+, O- 로 다른것으로 알고있습니다. 수소의 산화과정을 통하여 물을 만들어내는 반응은 같은데 전해질에 따라 통과시킬수 있는 이온이 다른것인지 궁금합니다. >감사합니다.^^ [답변] 다른 분들？ 질의에 대한 답변을 자세히 말씀드려 상세 내용은 오히려 그분들걸 참조하시면 될 것 같구요. 저는 질의 주신 차지 캐리어에 대해 잠깐 말씀드리죠. 결국 연료전지는 양이온과 음이온의 전달에 의한 전자흐름을 전기적인 에너지롤 만드는 과정인데요. 그럼 그 양이온과 음이온의 발생매체는 무엇으로 할 것이고 발생은 어떻게 시킬 것인가가 관건인데요. 그 이온 캐리어 물질로 바로 전해질을 사용하는 것이고 효과적인 전해질로는 전자를 쉽게 주고 받을 수 있는 물질들이 유리한 것이겠죠. 그럼 전자 주게 받게가 유리한 물질은 무엇일까요. 겁나 많습니다. 찾아보면은요. 그런데 그중 가장 구하기 쉽고 싸고 환경에 무해하고 등등... 그게 뭐냐면 바로 수소와 산소이지요. 그래서 SOFC에서는 수소와 산소를 이용하는거구요 물론 MCFC, PEMFC, DMFC 등에서는 그 물질들이 상기와 같은 조건을 찾기 위해 조금씩 다르지요. 그럼 수소와 산소는 얻기가 쉬운가? 물론 산소는 공기에서 얻으면 되구요. 수소는 좀 신경을 써야지요. 제품이란 무엇보다 원료가 풍부해야 하니깐 수소를 만드는데 탄화수소화합물을 개질해서 쓰기도 하구요 수소를 직접 만들기도 하구요 그렇슴다.
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안길홍님의 답변
2011-02-07- 0
첨부 자료의 반응 mechanism을 비교하여 보시기 바랍니다.
답변감사합니다^^