수소 자동차의 연료 전지의 화학적 원리는 무엇인가요?

Question

미래의 친환경 자동차로 꼽히는 수소차는 엔진에서 수소를 불태우는 것이 아니라 연료 전지 스택에서 수소와 산소를 결합해 전기를 만듭니다. 수소 자동차의 연료 전지의 화학적 원리는 무엇인가요?

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안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

전기차와 더불어 친환경 미래 자동차로 꼽히는 수소 자동차에 탑재되는 연료전지는 주로 고분자 전해질 연료전지 방식입니다. 연료전지 수소를 태우는 연소 반응 대신, 촉매와 고분자 분리막을 사용하여 산화-환원 반응이 일어나는 반응으로 수소 기체를 넣으면 이온과 전자로 나뉘어 지고, 전자가 이동하면서 전류가 흐르는 현상을 이용합니다.

연료전지의 연료전극에 수소 기체가 주입되면, 전극에 코팅된 백금 촉매를 만나 산화 반응이 일어납니다. 백금 촉매는 수소 분자의 결합을 끊어내어 두 개의 수소 이온과 두 개의 전자로 분리합니다. 분리된 수소 이온은 고분자 전해질을 통해 공기 전극으로 이동하게 됩니다. 전해질막을 통과하지 못하는 전자들은 어쩔 수 없이 외부 도선을 타고 공기극으로 우회하여 이동하게 됩니다. 이렇게 외부 도선을 따라 전자가 끊임없이 이동하는 흐름이 바로 자동차의 모터를 구동하는 전기에너지가 됩니다.

외부 도선을 돌며 이동한 전자와 전해질막을 통과해 건너온 수소 이온, 그리고 외부에서 들어온 산소 분자가 공기 전극의 백금 촉매 위에서 만납니다. 이 셋이 결합하는 환원 반응을 통해 최종 부산물인 물이 합성됩니다.