베이스플레이트 널 나사
8개의 측정 케이블, 4개 적색, 4개 청색 스프라웃을 갖는 주입기
교사 실험교재 4개의 실리콘 케이블 전해조
가스 저장장치
부하1 & 2 연료 전지 전원 공급부 실험교재 타이머
2개의 멀티미터(적재) 레귤레이터
증류수 병
Experiments on Hydrogen Technology
1. 구성 장비
2. 기본 설치
1) 널 나사를 꺼내어 옆에 둔다.
2) 베이스플레이트를 꺼내어 설치한다.
3) 4) 5) 전해조, 저장장치, 연료 전지를 꺼낸다.
6), 7) 스프라웃과 함께 주입기 및 증류수를 포함한 병을 꺼낸다.
8) 전해조, 저장 장치 및 연료 전지를 준비한다.
9) 전해조, 저장장치 및 연료 전지를 페이스 플레이트 위에 둔다.
10) 베이스플레이트의 위치에 모듈 및 멀티미터를 준비한다.
11) 전원 공급 유닛을 기초 전류 회로 차단기를
갖는 전원 소켓에 연결하고, 저전압 플러그를 레귤레이터에 결합한 후 손잡이를 최저로 설정한다.
생성된 가스 부피 V()
수소 산소
[실험 1] 생성 가스의 부피 비율 측정
1. 목적
- 전기분해를 실시하는 동안, 가스 산소 및 수소는 액체 물로부터 생산된다.
- 본 실험에서, 만들어진 가스 부피 사이의 비율이 검사된다.
2. 설치
아래의 그림을 참조하여 실험을 설치한다.
3. 실험 방법
1) 전해조의 극성을 점검한다.
2) 가스 저장장치는 0ml 표시까지 증류수를 채운다.
3) 가스가 스트리밍 아웃되는 것을 방지하기 위하여 고정 캡을 갖는 가스 저장 장치의 연결 슬리브를 닫는다.
4) 레귤레이터를 최대로 설정한다.
5) 약 20ml의 수소가 만들어질 때까지 기다린다.
6) 수소 및 산소의 만들어진 가스 부피를 측정한다.
4. 토의 사항
1) 생성된 가스 부피 사이의 비율은?
[실험 2] 전류에 대한 단위 시간 당 가스 부피 측정 1. 목적
- 전기분해를 실시하는 동안, 단위 시간 당 만들어진 가스 부피는 전류에 따라 결정된다.
이와 같은 관계는 페러데이 1번 법칙으로 설명될 수 있다.
- 페러데이 2법칙은 서로 다른 물질의 자유도에 관한 것이다.
- 상기 두 법칙이 본 실험에서 시험된다.
2. 설치
아래의 그림을 참조하여 실험을 설치한다.
3. 실험 방법
1) 전해조의 극성을 점검한다.
2) 가스 저장장치는 0ml 표시까지 증류수를 채운다.
3) 가스가 스트리밍 아웃되는 것을 방지하기 위하여 고정 캡을 갖는 가스 저장 장치의 연결 슬리브를 닫는다.
4) 레귤레이터는 0mA로, 전류는 측정 범위 10A로 설정한다.
5) 서로 다른 전류 값을 이용하여 측정을 여러 번 실시한다.
6) 레귤레이터를 이용하여 사전 결정된 전류 값을 설정하고, 제1 채움 레벨을 등록한다.
7) 타이머에 해당 시간 간격을 입력하고, 시간 측정을 시작한다.
8) 시간이 경과하면, 새로운 채움 레벨을 등록하고, 다음 전류 값을 계속한다.
수소 산소 전류
시간
min
부피
min
부피
min
시작 종료 시작 종료
0 0
0.1 6
0.2 5
0.3 3
0.36 2
주의 사항:
Table 1. 전류에 대한 단위 시간 당 가스 량
4. 토의 사항
1) 가스 저장 장치의 시작 및 끝 채움 레벨로부터 만들어진 수소의 가스 부피와 분 당 만들어진 가스 부피를 계산하라. 다이어그램 내에 계산된 값을 등록하고, 결과에 대하여 토론하라.
2) 암페어 당 1분에 몇 밀리미터의 수소가 만들어지며, 1초에는 얼마가 만들어지는가?
3) 1가 물질 1몰의 자유도는 그러한 물질의 본성과는 상관없이 동일한 전기 충전 Q를 필요로 한다. 상기 값은 페러데이 상수로 불린다. 실험 2에서 얻어진 값을 이용하여 상수를 계산하여라.
[실험 3] 전해조의 에너지 및 페러데이 효율 인자 결정 1. 목적
- 전기 전류가 수소 및 산소로의 물의 전해질 파손을 위하여 필요하다.
- 전해조의 에너지 및 페러데이 효율 인자는 만들어진 가스 부피 및 전류의 양을 이용하여 계산될 수 있다.
2. 설치
아래의 그림을 참조하여 실험을 설치한다.
3. 실험 방법
1) 전해조의 극성을 점검한다.
2) 가스 저장장치는 0 ml 표시까지 증류수를 채운다.
3) 가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여 고정 캡을 이용하여 가스 저장장치의 우측 연결 슬리브를 닫는다.
4) 암페어미터를 범위 10A DC로 설정하고, Volt미터를 범위 20 V DC로 설정한다.
5) 서로 다른 전류 값을 이용하여 측정을 여러 번 실시한다.
6) 레귤레이터를 이용하여 사전 결정된 전류 값을 설정하고, 테이블에 수소 저장장치의 제 1 채움 레벨을 등록한다.
7) 타이머에 해당 시간 간격을 입력하고, 시간 측정을 시작한다.
8) 전압을 측정하고, 시간이 경과하면 새로운 채움 레벨을 등록하고, 다음 전류 값을 계속한다.
9) 수소 저장장치의 시작 끝 채움 레벨로부터 만들어진 가스 부피를 계산한다.
전류
전압
시간
min
부피 부피
시작 종료
0.1 12
0.36 6
전류 전기에너지 화학적에너지 에너지 효율인자(%) 0.1
0.36
전류 이론적으로 생성된 가스량 패러데이 효율인자(%) 0.1
0.36 Table 1.
4. 토의 사항
1) 전해조의 에너지 효율 인자를 정의하여라.
2) 전해조의 에너지 효율 인자를 계산하여라.
화학 에너지는 수소의 연료 값을 이용하여 계산될 수 있다. 그 값은 286kJ/mol 이다.
수소 1몰은 Vm=22,414ml(1bar 및 0℃)의 부피 또는 Vm = 24414ml(1bar 및 20℃) 부피이다.
Table 2.
3) 전해조의 두 에너지 효율 인자를 비교하여라. 전기 분해가 실시되는 동안에 어떤 공정이 효율에 영향을 미치는가?
4) 전해조의 페러데이 효율 인자를 정의하여라.
5) 사용된 전류값에 대한 전해조의 패러데이 효율 인자를 계산하여라.
수소 이온 2개의 몰로부터 만들어진다.
Table 3.
6) 전해조의 패러데이 효율 인자에 어떤 공정이 영향을 미치는가?
[실험 4] 전해조의 전류 - 전압 특성 곡선 결정 1. 목적
- 전해조의 전기적 특성은 전류 전압 특성 곡선을 검토하면 가장 잘 알 수 있다.
- 이 실험을 통하여 보다 자세히 알 수 있다.
2. 설치
아래의 그림을 참조하여 실험을 설치한다.
3. 실험 방법
1) 전해조의 극성을 점검한다.
2) 가스가 누출되는 것을 방지하기 위하여 고정 캡을 이용하여 가스 저장장치의 우측 연결 슬리브를 닫는다.
3) 암페어미터를 범위 10A DC로 설정하고, Volt미터를 범위 20 V DC로 설정한다.
4) 서로 다른 전류 값을 이용하여 측정을 여러 번 실시한다.
5) 레귤레이터를 이용하여 사전 결정된 전류 값을 설정하고, 우측 테이블에서 해당하는
전류
전압
0
20 40 60 100 200 300 360
전압 값을 이용하여 등록한다.
전해조의 전류-전압 특성 곡선
4. 토의 사항
1) 다이어그램에서 값들을 등록하고, 회귀 곡선을 그려라.
2) 전류-전압 특성 곡선에서 특이한 사항은 어떤 것인가? 그 이유는 무엇인가?
[부록]
연료 전지로 실험을 실시할 때, 공기의 환기에 주의하여야 하야한다. 환기가 실시되지 않으면, 공기가 연료 전지의 막 전방부에 축적되어, 전력이 저하한다.
상기 도면을 참조하여 구성 품들을 설치하라. 전해조에서 극성을 참조하라.
조립 이후에, 전해조, 가스 저장장치, 연료 전지 및 튜브들은 공기로 채워진다.
공기는 연료 전지의 개방 하부 연결 슬리브 D 및 E들 통하여 장치로부터 제거된다.
상기 목적을 위하여, 레귤레이터를 최대로 설정한다. 부하 1의 모터가 약 5-10분 회전할 때까지 기다리세요. 그리고 또 다른 분을 기다린다.
고정 캡 G 이용하여 연료 전지의 하부 연결 슬리브 D 및 E 를 닫으세요. 그리고, 연결을 상기 부하로 제거하여라.
연료 전지를 이용하여 모든 조립단계가 실험을 위하여 지금 준비되었다.
