1. 수소 및 산소 공급 :
- 연료전지의 양극에는 수소(H2)가 공급되고, 음극에는 산소(O2)가 공급됩니다. 이러한 가스는 일반적으로 천연가스나 메탄올과 같은 연료에서 수소를 추출하는 외부 탱크나 개질기에 의해 공급됩니다.
2. 양극반응(수소산화) :
- 양극에서는 수소분자가 양성자(H+)와 전자(e-)로 분리됩니다. 이 반응은 일반적으로 백금 또는 백금 기반 합금으로 만들어진 촉매에 의해 촉매됩니다.
- 양극에서의 화학 반응은 다음과 같습니다.
2H2 → 4H+ + 4e-
3. 양성자 교환막(PEM) :
- 양극과 음극 사이에는 양성자 교환막(PEM)이 있습니다. PEM은 양성자를 통과시키지만 전자의 흐름을 차단하는 고체 전해질입니다.
4. 음극 반응(산소 감소) :
- 음극에서는 산소 분자가 양성자 및 전자와 결합하여 물(H2O)을 형성합니다. 이 반응은 또한 일반적으로 백금 또는 백금 기반 합금으로 만들어진 촉매에 의해 촉진됩니다.
- 음극에서의 화학 반응은 다음과 같습니다.
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
5. 전기 회로 :
- 양극에서 생성된 전자는 외부 회로를 통해 흐르면서 전류를 생성합니다. 전자의 흐름은 전원 장치나 배터리 충전으로 향합니다.
6. 물과 열 생산 :
- 양극과 음극의 반응 부산물로 물이 생성됩니다. 또한, 연료전지의 전기화학적 반응으로 인해 약간의 열이 발생하기도 합니다.
수소 연료 전지의 전체 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
2H2 + O2 → 2H2O + 열 + 전기 에너지
수소연료전지는 수소와 산소가 공급되는 한 계속 작동한다. 그들은 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하며, 물과 열을 주요 부산물로 사용합니다. 수소연료전지는 효율이 상당히 높기 때문에 운송, 발전, 휴대용 기기 등 다양한 응용 분야에 유망한 기술입니다.
