수소연료전지의 촉매는 백금사용이 대중적입니다. 촉매가 필요한 이유는 산소와 수소의 분리반응을 용이하게 하고 활성 반응도를 높이기 위해서 이며, 비용, 효율 등을 고려 시 백금이 효율적인 촉매로 알려져 있습니다.
수소연료전지 촉매란
수소연료전지 촉매 역할
수소연료전지 촉매 작동원리
수소연료전지에서 백금촉매가 좋은 이유
수소연료전지의 촉매란?
수소연료전지의 원리는 Fuel cell 안에서 수소와 산소가 만나면 물이 되면서 이때 전기가 만들어지는 원리입니다. 이때 두 물질이 빠른 화학반응을 할 수 있도록 돕는 역할이 바로 촉매입니다.
촉매를 첨가하면 대상 분자와 원자구조가 쉽게 분리되고 새로운 화학적 결합을 도와 화학반응의 속도가 빠르고 안정적인 역할을 기대하기 때문에 효율적인 화학반응을 가능하게 합니다.
수소연료전지 촉매의 역할
촉매는 화학반응 시 일어나는 활성화 에너지를 낮춰주는 역할을 하기 때문에 안정적인 반응 과정에서 반응속도를 높이거나 온도나 압력을 낮추는 물질입니다.
실생활에서 촉매를 사용하는 사례를 들면, 밀가루가 빵으로 만들어질 때 사용하는 효모가 바로 천연 촉매제인 것입니다.
결국, 수소연료전지의 촉매의 역할은 물 분자가 분해되는 속도를 빠르게 해주는 역할입니다. 결국 안정적이면서 빠른 반응속도를 가질 수 있는 물질이 그 역할을 할 수 있습니다.
1. 원자와 분자의 결합을 쉽게 분리시키고 새로운 분자로 재결합을 도와줍니다.
2. 화학반응이 안정적이고 빠르게 할 수 있으며, 효율적인 반응을 가능하게 합니다.
3. 화학반응 과정에서 발생하는 활성화 에너지를 낮춰줌으로써 안정적인 반응을 돕습니다.
수소연료전지 백금 촉매 작동원리
백금으로 촉매를 사용했을 때 작동하는 원리는 아래와 같습니다.
양극과 음극에 백금 촉매가 있으며 양극에서는 백금 촉매가 양성자와 전자로 분리해 주는 역할을 하며, 음극의 백금촉매는 양극에서 분리된 양성자와 반응을 통해 물을 만들고 산소를 되돌려주는 원리입니다.
이러한 분리와 결합과정에서 너무 쉽게 분리되거나 너무 강하게 결합되는 촉매는 효율이 떨어지지만 백금의 경우 적당한 효율을 가지고 있기 때문에 촉매로 각광받는 이유이기도 합니다.
백금이 연료전지의 촉매로 좋은 이유
백금과 수소 원자 결합하는 과정에서 알 수 있는데, 수소(H2)가 백금에 달라붙으면 두 개의 H-Pt(Platinum 화학원소 기호) 결합이 만들어지고 이때 H2에서 두 개의 H+를 유연하게 만들 수 있는 반응을 가지고 있기 때문입니다.
또한 화학반응은 촉매 표면에서 일어나며 표면적이 넓으면 넓을수록 효율이 높은데 백금의 경우 거친 다공성의 표면을 가지고 있기 때문에 연료전지 촉매로써 좋은 이유이기도 합니다.
다만, 백금은 일산화탄소와 만나면 쉽게 분해되어 백금의 양 자체가 영구적으로 감소되기 때문에 회피하는 기술이 필요합니다.