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 | | 볼타전지, 다니엘 전지, 연료전지 |
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| 2007/07/18 (16:59) |
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| 작성자 : 운영자
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조회수 : 34895 |
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※ 볼타 전지의 구성과 원리
볼타 전지의 구성 :
(-)극 : 양이온이 되기 쉬운 아연판 ( 아연이 황산 용액 속으로 녹아 들어간다.)
(+)극 : 양이온이 되기 어려운 구리판( 구리판 주위에서 수소 기체가 발생한다.)
전해질 용액으로 묽은 황산을 사용하여 아연판을 녹인다.
볼타 전지의 원리 :
아연판 (-)극 : 금속 아연은 수소보다 전자를 쉽게 잃고 녹아서 (+)이온으로 되어 황산 속으로 녹아들어간다.(황산 속의 H+ 보다 Zn이 이온화가 더 잘됨)
Zn → Zn2+ +2
구리판 (+)극 : H+이 구리판으로 이동해 간 전자를 받아서 H2로 되어 구리판에서 발생한다.
2H+ + 2 → 2H → H2↑
전체 반응 : Zn + 2H+ → Zn2+ + H2↑
참고- 분극 현상 : 볼타 전지를 이용하여 전구를 켜면, 켠 지 채 몇 분도 안 지나서 전구의 불이 꺼진다. 그것은 구리판 주위에 수소 기체가 생겨 전자의 흐름을 막기 때문에 생기는 현상으로, 이것을 '분극'이라고 한다. 과산화수소, 이산화망간 등과 같은 산화제를 구리판 주위에 넣어 주면, 수소 기체가 물로 변하여 분극 현상이 없어지므로 전류가 잘 흐르게 된다. 이와 같은 현상을 '감극'이라고 하고, 이 때 쓰인 산화제를 '감극제(소극제)'라고 한다.
※다니엘 전지의 구성과 원리
아연판을 황산아연 용액에, 구리판을 황산구리(Ⅱ) 용액에 담그고 염다리로 연결한 전지
① 전지의 구성 : (-) Zn｜ZnSO4(aq)∥CuSO4(aq)｜Cu (+)
② 전극에서의 반응
(-)극 : Zn → Zn2+ + 2e- (산화, 질량감소)
(+)극 : Cu2+ + 2e- → Cu (환원, 질량증가)
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전체반응식 : Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
③ 전지의 특징 : 분극 작용이 생기지 않는다.
④ 염다리 : 한천과 염화칼륨(질산칼륨)을 섞어 포화시켜 가열한 후 U자 관에 넣어 굳힌 것
역할 : 양이온과 음이온을 이동시켜 수용액의 전하의 균형을 이루게 한다. (이온의 이동 통로)
아연판이 담긴 용액에서는 Zn이 Zn2+으로 산화되므로 Zn2+의 수는 증가하고, 구리판이 담긴 용액에서는 Cu2+이 Cu로 환원되어 석출되므로 Cu2+의 수는 감소한다. 그러므로 이온의 전하가 균형을 이루기 위해서 염다리 속의 NO3- 이온은 황산 아연 수용액 속으로 이동하
고, K+이온은 황산구리 수용액 쪽으로 이동한다. 따라서 두 수용액의 이온의 전하는 균형을 이루게 되고 전지의 전압은 일정하게 유지된다.
※연료 전지의 구성과 원리 : 연료를 직접 태우는 대신 연료와 산소를 전지의 산화제와 환원제로 이용하여 전기에너지를 얻는 장치를 말한다
수소-산소 연료 전지의 구조 : 수소는 백금 촉매가 들어 있는 다공성 전극을 통해서, 그리고 산소는 은 촉매가 들어 있는 다공성 탄소 전극을 통해서 전지안으로 들어가고, 가운데에는 뜨거운 수산화칼륨 용액이 들어 있다.
▶ 수소-산소 연료전지 반응
☞ (-)극 : H2(g) + 2OH-(aq) → 2H2O(l) + 2e-
(+)극 : O2(g) + H2O(l) + 2e- → 2OH-(aq)
전체 : H2(g) + O2(g) →H2O(l)
▶ 수소 - 산소 연료전지의 장·단점
☞ 장점 : 공해성 물질이 생성되지 않는다.
단점 : 수소와 산소를 저장할 수 있는 편리한 방법이 없다
정리! 전지의 종류 (-)극물질 전해질 (+)극 물질
볼타전지 아연판 묽은황산 구리판
다니엘전지 아연판 황산아연,황산구리 구리판
건전지 아연판 염화암모늄 탄소, 이산화망간
수은전지 아연판 수산화칼륨 산화수은
납축전지 납 묽은황산 산화납
연료전지 수소 염화칼륨 산소
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