전기의 끊임없는 공급원, 원료전지

 

 

전류에는 열작용, 자기작용 외에도 또 하나의 화학작용이 있다. 이것은 전기 에너지에 의한 화학변화를 이용한 것이지만, 반대로 화학변화의 에너지를 전기 에너지로 변화시킬 수도 있는데, 전지가 바로 그 좋은 예이다. 여기에서 약간 다른 전지인 연료전지의 구조를 소개하는데, 이 전지는 미래의 전지로 기대를 모으고 있다.
보통의 전지는 (+)극과 (-)극으로 작용하는 물질을 용기 속에 넣어 화학반응을 시키고 있지만, 이 전지는 외부에서 연료를 공급해서 계속 전기 에너지를 내기 때문에 일종의 에너지 변환장치라고 할 수 있다. 즉, 연료라고 해서 연소시키는 것이 아니고, 그 물질이 가지고 있는 에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 것이다. 이 원리는 상당히 오래 전에 발견됐는데, 1839년 영국의 그로브가 수소와 산소와의 반응 중에 발견하고 실제로 전지를 만드는 시도를 했었다. 이 연료전지는 1965년에 미국의 인간위생선(人間衛生船) 제미니 5호에 적재돼 우주선 내의 전력과 음료수를 공급하면서부터 갑자기 각광을 받게 되었다.
연료전지는 그 종류가 많을 뿐만 아니라 연료로 기체, 액체, 고체의 어느 것이 사용되느냐에 따라 그 방식도 여러 가지가 있다. 반응을 일으키는 온도도 상온의 것에서부터 500℃ 이상으로 다종다양하다. 이중에서도 가장 기본적이라 할 수 있는 수소-산소 연료전지의 전극에는 두 극 모두 탄소 혹은 금속을 사용하고 있는데, 전극의 표면적을 증대시키기 위해 다공질(多孔質)로 되어 있다. 전해액은 수산화칼륨(KOH)용액이며, 수소 가스는 1~10기압으로 보내지고 수소가 스며드는 쪽이 (-)극 산소 쪽이 (+)극이다.
(-)극에서는 전극이 촉매작용을 해서 수소가스 H₂를 수소원자인 H로 변화시킨다. 이렇게 하면 액 속의 수산이온 OH-가 전자를 전극에 주어 OH가 되고, 이것과 H가 반응해 물 H2O가 된다. (+)극에서는 산소 가스 O₂가 전자를 받게 되며, 또한 전극의 촉매작용으로 액 속의 H2O와 화합해 OH-를 만든다. 따라서 OH-는 증가도 감소도 없이 단지 수소와 산소로 물이 만들어지게 되는 것이다. 이것을 수소와 산소로써 물이 되는 변화와 동일한 것으로 연료전지라고 하며, 연료전지는 현재 개발중인 전기자동차의 에너지원으로 유망시되고 있다.

 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 전기의 끊임없는 공급원, 원료전지