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화학반응을 이용한 새로운 전지 목록

조회 : 12628 | 2010-11-16

[실험재료]
실험1 - 다니엘전지 만들기
- 아연판, 구리판
- 1M ZnSo₄수용액
- CuSO₄수용액
- 플라스틱 스포이트(3ml) 2개
- Sealing film
- agar salt gel
- 페트리디쉬
- 테이프
- 전선 (+, -) 2개
- 칼
- 전압측정기

실험2 - 알루미늄 공기전지 만들기
- 알루미늄 호일
- 활성탄, 키친타월
- 포화 NaCl 용액
- LED
- 클립
- 전선 (+, -)




[실험과정]
실험1 - 다니엘전지 만들기
1. 아연판과 구리판을 가로 0.5cm, 세로 4cm로 준비한다.
1회용 스포이트(3ml)의 stem을 2cm 정도 남기고 자른다.
2. bulb에 약간 칼집을 내서 아연판을 끼운 후 sealing film을 이용해 잘 감아준다. 1M 황산아연 수용액을 bulb에 거의 채운 후 agar salt gel을 이용해 입구를 막는다.
3. 구리판도 동일한 방법으로 황산구리 수용액을 이용하여 반쪽 전지를 만든다. 각각의 반쪽 전지를 1M 질산칼륨 수용액에 담근 후 멀티테스터에 연결하여 전압을 측정한다.
4. 전압측정기의 수치가 변한다.

실험2 - 알루미늄 공기전지 만들기
1. 가로 세로 10cm 크기의 알루미늄 호일과 8cm 크기의 키친타월을 준비한다. 호일 위에 키친타월을 놓고 포화염화나트륨 수용액으로 적신다.
2. 이 키친타월에 활성탄 한두 스푼을 놓는다. 클립을 펴서 활성탄 사이에 끼운 후 알루미늄 호일을 말아서 위아래를 눌러준다.
3. 완성된 전지에 멀티테스터를 연결해 (+)극과 (-)극이 어디인지 확인해 보고 전압을 측정한다. 전압측정기의 수치가 변한다.
4. 전구를 연결하면 전구에 불이 들어온다.








[실험원리]
금속이 산화 또는 환원되는 경향성을 이용한 실험.

첫 번째 실험-
아연판은 전자를 잃기 쉬어 산화가 되고 구리판은 전자를 얻어 환원이 되므로 이 두 금속간의 이온화 경향의 차이에 의해 화학전지를 만들 수 있다.

두 번째 실험-
알루미늄은 산화되고 활성탄은 활성탄 입자 속에 있던 산소는 환원되므로 이를 이용해 화학전지가 만들 수 있다.


ㅋ

[더 알아보기]
1. 다니엘 전지
1836년 영국의 화학자 다니엘은(John Frederick Daniel) 아연과 구리로 전지를 만들었는데, 이는 19세기에 대중화되었다. 다니엘 전지는 두 개의 반쪽 전지로 이루어져 있으며, 황산아연 수용액에 아연 전극을, 황산구리 수용액에 구리 전극을 넣고 염다리로 연결한 것이다.
각 극에서 일어나는 반응은 다음과 같다.
산화전극: Zn(s) ⇄ Zn2+ + 2e- E°ox= 0.76V
환원전극: Cu2+ + 2e- ⇄ Cu(s) E°red = 0.34V
전체 반응 : Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)

2. 염다리 agar salt gel 만들기
agar salt gel은 1g 한천을 1M KNO3 수용액 50mL에 넣고 가열하면서 저어주다가 모두 녹으면 페트리 디쉬에 이 용액을 1cm 정도 깊이로 부은 후 굳혀 만든다. 실험 전에 염다리용 agar salt gel 덩어리를 만들어놓고 사용하는 것이 좋으며 사용한 agar salt gel은 냉장고에 보관하면 1~2개월간 사용할 수 있다.

3. 알루미늄 공기 전지
일반적으로 개발된 알루미늄-공기 전지의 경우 4M의 NaOH 수용액을 이용하며 다음과 같은 반응이 진행될 때 표준 기전력(E°)은 2.74V라고 한다.
산화전극: Al(s) + 4OH-(aq) → Al(OH)4-(s) + 3e-
환원전극: O2(g) + 2H2O(l) +4e- → 4OH-(aq)
전체반응: 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) + 4OH-(aq) → 4Al(OH)4-(s)




참고문헌
Modesto Tamez and Julie H. Yu (2007). Aluminum-Air Battery. Journal of Chemical Education, 84(12), 1936A-1936B.

Per-Odd Eggen, Lise Kvittingen(2006). Small-scale and low-cost galvanic cells. Journal of Chemical Education, 83(8), 1201-1203




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