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연료전지에 관한 탐구과제 수행중 궁금한 사항이 있어 질문드립니다.

  • 작성일 2019-06-06
    작성자 최수진 조회 413
  • 카테고리 연료전지
안녕하십니까?
초등학교 5학년 최수진입니다.
과학 탐구과제를 수행하던 중 궁금한 몇가지 사항이 있어
질문 드립니다.

이온화 경향이 다른 여러가지 금속과 다양한 종류의 전해질과의
산화, 환원 반응을 이용한 화학전지에 관한 탐구를 하고 있습니다.

1. 커피에서 높은 전압이 측정된 이유가 궁금합니다.
구리판과 아연판 금속과 커피를 전해질로 했을 때 1.05V의 높은 전압이 측정되었습니다.
다른 전해질 보다 높은 전압이 측정된 이유가 궁금하여 인터넷 검색을 해보았으나
답을 얻지 못하고 칼륨성분이나 탄소가 포함되어 있어 전압이 높다고 추론했으며
커피 농도가 진할수록 전압이 높았습니다. 커피의 어떤 성분 때문에
높은 전압이 측정되는지 궁금합니다.

2. 탄산수와 STS.Zn과의 반응에서 H2CO3와 같은 화학식이 궁금합니다.
탄산수와 STS.Zn과의 반응에서 1.12V의 전압이 측정되었는데, 어떤 화학 반응으로
이처럼 높은 전압이 나올 수 있는지 궁금합니다.

3. 과일전지에서 만들어진 전기를 콘덴서나 축전지에 누적 충전할 수 있는 방법이 궁금합니다.

1) 과일전지 누적 전압 실험에서 시간이 경과할수록 계속 전압이
누적될 것이라 예상했는데 전지에 연결된 콘덴서의 전압과 전지의 전압은 거의
동일하게 유지되면서 더이상 누적 충전이 되지 않았습니다.
예) 과일전지 전압 1.2V ==> 축전지 전압 1.1~1.3V (그 이상은 누적되지 않음)
왜 계속 누적되지 않을까요?

2) 역전류가 의심되어 전류가 콘덴서 방향으로만 흐르게 다이오드를 연결하고 실험을 했으나
결과는 동일했습니다.


4. 과일전지를 직렬로 연결하여 12.98V까지 전압을 높여 LED전구 여러개를 밝게 켤 수 있었지만,
모터는 작동되지 않았습니다.
이처럼 높은 전압으로도 모터가 작동되지 않는 이유가 궁금합니다.
1.5V 건전지로도 작동되는 모터가 12.98V의 높은 전압으로 작동되지 않는 이유가 궁금합니다.

5. 과일전지와 같은 화학전지로 모터를 작동시킬 수 있는 방법을 알려주시면
감사하겠습니다.

sophiachoi00@gmail.com

[답변 글]

  • 답변자 박구곤
  • 답변일 2019-06-07

반갑습니다. 초등생으로는 수준 높은 탐구과제를 수행하고 있군요. 각 질문에 대해서 요점 위주로 의견 드립니다.


1.측정된 전압은 커피 외에 사용한 용액(전해질)의 종류 및 농도에 따라 다른 값이 측정될 수 있습니다. "금속 표준환원전위" 라는 키워드로 전해질 종류에 따른 표준값을 찾아보세요.


2. "Galvanic 전위", "희생 전극" 등의 키워드로 검색해 보면 도움이 되겠습니다.


3 & 4. 이차전지 혹은 컨덴서에 충전을 하기 위해서는 대상 (이차전지 등)에 적합한 "전압"과 "전류"가 필요합니다. 물통에 물을 채우는 것과 유사한 개념으로 이해하면 됩니다. 아마도 학생의 경우는 전압은 높은 듯 보였지만, 전류가 매우 작아서 충전이 제대로 되지 않았을 가능성이 높아보입니다. 12 V 이상의 직렬 연결을 해서 전압이 높은 듯 보였다면, 실제 전구 및 모터에 연결한 상태에서 전압을 측정해 보세요. 아마도 매우 낮은 값을 보이고 있을거예요.


5. 전압을 높이기 위해서는 직렬 연결 숫자를 늘이고, 전류를 높이기 위해서는 전해질에 담구어지는 금속전극의 면적을 넓히는 방향이 있습니다. 전선도 충분히 두꺼워서 전류가 흐르는 중에 발생하는 저항을 최소화할 필요가 있습니다.


(추가) 전화기, 노트북 등 충전기는 사용하는 이차전지 특성에 맞는 충방전 프로그램 및 안전장치가 되어 있습니다. 가끔 발생하는 배터리 폭발사건 등은 과하게 높은 전압 및 전류가 공급되기 때문입니다. 일반적인 과일전지 수준에서는 발생하지 않겠지만, 이차전지에 과도한 전압 및 전류가 공급되지 않도록 안전을 고려해서 실험진행하시기 바랍니다. 실험시에는 꼭 선생님 및 부모님과 함께 안전하게 진행하세요.   

담당부서 지식정보실
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