한전원고2(5, 7, 8월)

1. 1-2월 안전한 전기 사용법
https://home.kepco.co.kr/kepco/front/html/WZ/2023_01_02/sub3_6.html

사이언스.pdf

0.18MB

 

2. 3-4월 돈이 되는 정전기 유도
https://kepcowebzine.co.kr/webzine/vol52/sub3_6.html

한전(정전기).pdf

3.77MB

 

3. 2023년 5-6월 - 에너지하베스팅

https://kepcowebzine.co.kr/webzine/vol53/sub3_6.html

에너지하베스팅.pdf

5.24MB

 

4. 2023년 7-8월 - 연료전지

https://kepcowebzine.co.kr/webzine/vol54/sub3_6.html

 

 

 

5. 2023년 9-10월-  소비전력

https://kepcowebzine.co.kr/webzine/vol55/sub3_6.html

 

사이언스.pdf

0.66MB

 

< 지속가능한 전기에너지, 연료전지 >  

 

  농경시대에는 곳간에 곡식을 쌓아놓는 것이 부자로 잘 사는 것이었다. 전기가 일상생활과 함께 한 후로는 전기에너지를 효율적으로 생산하고 잘 저장하는 방법에 대해 관심이 높아지기 시작하였다. 우리는 전지가 없는 현대생활을 상상할 수 없다. 휴대전화, TV 리모컨 등을 비롯하여 전기자동차의 작동에도 전지가 필요하다.

  전지는 무엇이고, 어떤 원리로 전기를 저장할 수 있을까? 전지에 대해 생각하면 건전지를 많이 떠올린다. 우리가 잘 알고 있는 건전지에 대해 알아보고 친환경에너지로 잘 알려져 있는 연료전지에 대해서 알아보고자 한다.

 

건전지 해부해 보기

  전지란 전기에너지를 화학에너지로 저장하였다가 필요한 때에 사용할 수 있는 장치를 말한다. 전지의 원리를 알아보기 위해 실생활에서 흔히 사용하는 건전지를 해부해보았다. 건전지에서 껍데기를 분리하면 안에는 통을 둘러싸고 있는 아연판이 나온다.

 

 

  아연판(-)과 탄소봉(+)과 같이 반응하는 정도가 다른 금속 사이에 전자가 이동할 수 있는 전해질이 있으면 전자가 이동을 하게 된다. 꼬마전구나 멜로디키트(소리나는 물체)를 (+)와 (-)에 연결하면 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다.

  레몬이나 오렌지 같은 과일을 이용하여 LED에 불을 켜는 활동을 할 수도 있다. 구리판과 아연판과 같이 이온화경향(이온이 되어 전자를 내려는 성질)이 달라서 전자가 이동할 수 있도록 한다.

  구리판은 (+)극, 아연판은 (-) 극이 되어 1V 정도의 전압이 나온다. 건전지 내부의 아연판과 탄소봉의 역할을 하게 되고 그 안의 전해질(이산화망간)에 해당하는 과일 속의 시트르산이 전자를 이동하는 역할을 하게 되는 것이다.

 

 

 

  아연판과 구리판 대신에 동전과 알루미늄호일로도 전지를 만들어도 멜로디키트에 소리가 나게 한다. 오렌지나 귤 대신에 다른 과일을 써 봐도 전류가 흐르는 것을 볼 수 있다. 그러나 그 전류의 세기는 달라진다.

 

다시 활용할 수 있는 전지, 2차 전지

   이러한 과정을 통해 아연 전극에서 구리 전극으로 전자가 이동하게 되면서 전류가 흐르게 되는데 화학반응이 끝나면 전지는 쓸모없게 된다. 즉 화학에너지를 전기에너지로 변환은 가능하지만 전기에너지를 화학에너지로 바꾸지 못하기 때문이다.

이러한 전지들을 1차 전지라고 하는데 화학에너지를 전기에너지로 변환하거나 전기에너지를 화학에너지로 변환할 수 있게 하여 반복사용할 수 있도록 한 전지가 2차 전지이다. 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 전지가 가장 널리 쓰이고 있다.

리튬은 금속 중 가장 가벼운 알칼리 금속으로 보통 전지보다 적은 무게로 더 높은 전압의 전기를 만들어내어 휴대전화, 노트북 등의 휴대형 전자기기에 이어 전기 자동차, 로봇 산업에 필요한 2차 전지를 만들 수 있는 소재이다. 그래서 리튬을 확보하기 위해 폐이차전지와 리튬 광석을 캐낼 수 있는 광산권 등을 인수하고 있다. 전기차 분야에서는 기존 스마트폰, 노트북 등에 쓰이는 충전기와는 비교할 수 없는 수준의 배터리를 필요로 한다. 소형차를 기준으로 해도 96개 정도, 준대형의 경우는 288개의 배터리 셀이 장착된다. 스마트폰의 수천배 규모의 전력에 해당한다.

 

 

미래에너지, 2차 전지와 연료전지

  온실가스 배출억제와 수입원유를 줄이기 위해 전기 자동차의 개발이 활발하게 추진되고 있다. 전기차 비중이 2030년에 50% 이상이 될 것이고, 2차 전지 점유율은 40%가 될 것이라고 한다. 전기에너지를 공급하는 방법에는 리튬 이온 배터리를 충전해 전기차를 움직이는 배터리 방식과 수소 전기분해를 활용해 전기를 생산하는 수소연료전지 방식이 대표적이다.

연료전지와 배터리는 전극에서 발생하는 화학반응으로 전기에너지를 얻는다는 점에서는 구조가 같다. 그러나 연료전지는 원료가 되는 수소와 산소를 외부에서 주입하고 배터리는 내부에 원료인 리튬이 있다는 것이 다르다. 즉, 수소연료전지는 수소라는 연료를 주기적으로 채워주어야 전기를 사용할 수 있고 배터리는 비어있는 공간 안에 직접 전기를 넣어 저장하는 것으로 저장한 전기를 다 쓰면 또다시 충전해

수소전기차와 배터리 전기차를 간단히 비교하면 다음과 같다.

 

 

 

 

수소연료전지 만들어보기

  수소연료전지의 경우, 물을 전기분해했을 때 수소와 산소가 발생하는 원리를 역으로 이용한 것이다. 즉 수소연료전지는 수소를 충전하고 화학반응을 통해 발생시킨 전기에너지이다.

연필심으로 수소연료전지를 만들어보자. 수소연료전지를 제작하기 위해서는 연료인 수소가 필요한데 수소를 만드는 방법은 천연가스로부터 수소를 추출하기 위한 방법도 있지만 물을 전기분해하여 수소를 만들어 수소와 산소가 결합해 전기에너지를 만드는 과정을 실험해보자.

 

 

   연료전지는 탄소중립시대에 필요한 에너지이다. 에너지 효율이 높고 건설기간이 짧으며 도심내 소규모 분산 발전건설이 가능한 온실가스 배출이 없는 청정기술이라고 할 수 있다. 전기에너지뿐 아니라 열을 회수해서 온수를 공급하므로 탄소저감 효과도 높다.

   그러나 연료전지 또한 완전한 친환경에너지는 아니다. 수소를 만드는 과정에서 온실가스를 발생시키기 때문이다. 그러나 재생에너지의 유휴전력을 저장하는 저장소로 쓰일 수 있다. 전기에너지가 남을 때 물 분해를 통해 수소를 만들어 에너지를 저장하고 부족할 때 수소를 산소와 반응시켜 전기에너지를 생산할 수 있을 것이다.