010. 화학반응공학 실험 보고서_Al-Air Battery 예비 보고서_200412

화학공학실험 족보

010. 화학반응공학 실험 보고서_Al-Air Battery 예비 보고서_200412_R0

슬루리 2020. 4. 12. 17:57

제가 직접 작성했었던 인하대학교 화학반응공학 실험 과목의 Al-Air Battery 예비 보고서입니다.

이를 참고하고 다른 자료를 덧붙여서 더 좋은 보고서를 작성하시는데 도움이 되었으면 좋겠습니다.

1. 실험 제목 : Al-air battery

2. 실험 목적 : 배터리의 작동 원리와 구조에 대해 이해하고, 배터리의 한 종류인 Al-air battery를 직접 제조한다. 또한 전해질의 종류와 농도에 따른 Open Circuit Voltage(개방회로전압)와 방전용량을 계산해보고 이들의 상관관계를 알아본다.

3. 기본 이론

1) 배터리의 구성 요소, 종류 및 특징

가. 배터리의 구성 요소

배터리는 양극과 음극을 전해액에 잠기게 하여, 전극의 활물질(전지의 전극에서 전기를 일으키는 반응에 관여하는 물질)과 전해액이 가지는 화학에너지를 전기화학적 산화/환원 반응을 통해 전기에너지로 변환하여, 외부회로에 전기적 에너지를 발생하게 하는 능력을 지닌 물체를 말한다. 배터리는 Anode(애노드), Cathode(캐소드), 전해액, 분리막으로 구성되어있다. 배터리는 다음의 구성 요소로 이루어져 있다.

- Anode는 음극활물질이 산화되어 전자를 방출하는 전극으로 주로 이온화 경향이 높은 금속으로 이루어져있다.

- Cathode는 외부 도선에서 전자를 받아 환원되는 전극이다. 이는 Anode에 비해 이온화 경향이 낮은 금속으로 이루어져 있다.

- 분리막(Separator)이란 음극과 양극의 물리적 접촉이 일어나지 않도록 막아주는 격리막이다.

- 전해액(Electrolyte)은 양이온과 음이온을 가지고 있어 전류가 흐를 수 있도록 하는 물질을 말한다.

나. 배터리의 종류 및 특징

① 1차 전지 : 방전만 일어나는 전지로 한번만 사용하도록 설계된 전지를 말한다.(ex. 수은 전지, 알칼리 전지, 망간 전지 등)

② 2차 전지 : 다 쓴 전지에 전류를 반대로 걸어주게 되면 역반응이 일어나면서 충전이 되도록 설계된 전지를 말한다.(ex. 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 등)

2) Al‐air battery의 이론 및 특징

Al-air battery는 공기 중의 산소와 알루미늄을 이용한 배터리로 양극과 음극에 각 각 활성탄과 알루미늄 판을 준비하여 Anode에서는 OH-(aq)을 받아 금속의 산화반응이 발생하고, Cathode에서는 공기 중의 산소와 전해질로부터 생성된 물이 환원 반응을 한다. 이 과정에서 전자가 생성되어 화학적 에너지가 전기적 에너지로 변하게 된다. Al-air battery에서 일어나는 양극과 음극의 산화, 환원 반응과 기전력을 다음의 식으로 표현하였다.