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연료전지는 전기화학반응을 촉진하고 연료의 화학 에너지로부터 전기 에너지를 생성하기 위해 함께 작동하는 몇 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 구성 요소의 구체적인 디자인과 재료는 연료 전지 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 다음은 일반적인 유형의 연료전지 중 하나인 일반적인 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)의 주요 구성 요소입니다.
양극
기능
양극은 연료가 산화되는 전극입니다. 예를 들어, 수소 연료 전지에서 수소 분자는 양극에서 양성자(H⁺)와 전자(e⁻)로 분리됩니다.
재질
일반적으로 다공성 탄소로 만들어지며 전기화학반응을 향상하기 위해 촉매(일반적으로 백금)로 코팅되는 경우가 많습니다.
음극
기능
음극은 산화제(보통 산소 또는 공기)가 환원되는 전극입니다. 산소 분자는 전자 및 양성자와 반응하여 음극에서 물을 형성합니다.
재질
양극과 유사하게 음극은 다공성 탄소로 만들어지며 일반적으로 백금과 같은 촉매로 코팅됩니다.
전해질
기능
전해질은 양극과 음극 사이에서 이온(일반적으로 양성자)을 전도하는 물질입니다. 연료와 산화제가 직접 혼합되는 것을 방지하면서 이온의 이동을 촉진합니다.
재료
PEMFC에서 전해질은 PEM(양성자 교환막)이며, 종종 퍼플루오로술폰산 폴리머와 같은 고체 폴리머 전해질 재료로 만들어집니다.
양성자 교환막(PEM)
기능
PEM은 양성자의 통과를 허용하면서 양극과 음극을 분리하는 중요한 구성 요소입니다. 이는 전자나 가스가 아닌 양성자만 통과할 수 있도록 보장합니다.
재료
일반적으로 Nafion과 같은 과불소화 폴리머로 구성됩니다.
촉매층
기능
촉매층은 양극과 음극의 표면에 적용되는 촉매 물질의 얇은 코팅입니다. 그들은 화학 결합의 파괴와 형성을 촉진함으로써 전기화학반응을 향상합니다.
재료
백금 또는 백금 합금 나노입자는 일반적으로 촉매로 사용됩니다.
양극판
기능
양극판은 연료 전지 스택의 개별 셀 사이의 전자 흐름을 위한 구조적 지지 및 전도성 경로를 제공합니다.
재질
흑연 복합재 또는 금속 합금과 같은 가볍고 부식 방지 소재로 만들어지는 경우가 많습니다.
가스 확산층(GDL)
기능
가스 확산층은 반응물(수소 및 산소)을 양극과 음극에 균일하게 분포시켜 효율적인 전기화학 반응을 가능하게 합니다.
소재
다공성 탄소 기반 소재는 일반적으로 가스 확산층으로 사용됩니다.
엔드 플레이트 및 씰
기능
엔드 플레이트는 연료 전지 스택을 둘러싸고 지지 및 밀봉 기능을 제공합니다. 씰은 반응물과 생성물의 누출을 방지합니다.
재질
양극판과 유사하게 흑연 복합재 또는 금속 합금으로 만들어지는 경우가 많습니다.
가습 시스템(옵션)
기능
PEMFC에서는 가습 시스템을 사용하여 PEM의 수분 함량을 제어하여 성능을 최적화할 수 있습니다.
구성요소
가습기 및 응축수 제거 구성요소를 포함한 물 관리 시스템.
냉각 시스템
기능
연료전지 스택의 최적 작동 온도를 유지하여 효율적이고 안정적인 성능을 보장합니다.
구성요소
열교환기, 냉각수 순환 시스템.
식물 균형(BOP)
기능
플랜트의 나머지 부분에는 펌프, 압축기, 제어 시스템 등 연료전지 시스템의 작동에 필요한 보조 구성 요소가 포함됩니다.
인클로저 및 절연
기능
인클로저 및 단열재는 환경 요인으로부터 연료전지 스택을 보호하고 단열 기능을 제공하며 안전성을 보장합니다.
효율적이고 안정적인 연료 전지 시스템을 설계하려면 이러한 구성 요소의 기능과 상호 작용을 이해하는 것이 중요합니다.
다음에는 더 유익한 주제를 가지고 글을 써보겠습니다.