전지의 구조와 원리

1. 전해질이란 무엇인가?

  물에 녹아 중성의 분자 상태로 존재하는 설탕과 달리 소금처럼 물에 녹였을 때 해리되어 이온 상태로 존재하는 물질을 전해질이라 한다.

  설탕처럼 물에 녹아 전류를 흐르게 하지 못하는 물질은 비전해질이라 한다.

  *분자: 원자의 결합체 중 독립 입자로 작용하는 단위체. 분자는 쪼개져 다시 원자로 될 수 있음.

  *해리: 화합물이 각각의 분자나 원자 또는 이온 등으로 나누어지는 현상. 예를 들면 염산(HCl)은 물에 녹아 H+와 Cl-의 두 이온으로 나누어지는 것을 들 수 있고, 생물체 내에서 일어나는 헤모글로빈의 산소운반도 해리 반응의 하나이다.

  *이온: 원자가 전자를 잃으면 (+)전하를 띠고, 전자를 얻으면 (-)전하를 띠게 되는데, 이렇게 전하를 띤 입자를 이온이라고 한다. (+)전하를 띤 입자를 양이온, (-)전하를 띤 입자를 음이온이라고 한다.

2. 전해질에 전류가 흐르는 이유는 무엇일까?

  전해질은 물에 녹아 전하를 띤 입자를 만들기 때문에 전류를 흐르게 할 수 있다.

  *전하: 물체가 띠고 있는 정전기의 양으로 모든 전기현상의 근원이 되는 실체이다. 양전하와 음전하가 있고 전하가 이동하는 것이 전류이다.

3. 건전지의 유래

  원조는 1800년경 이탈리아 파두아 대학의 자연철학교수인 알렉산드로 볼타가 처음 만들었다.

  최초의 근대식 전지는 1868년 프랑스의 르클랑쉬가 만든 망간전지이다. 망간산화물과 아연을 (+)극과 (-)극으로 사용했다. 처음에는 전해질의 용액을 그대로 사용했기 때문에 습전지(Wet Cell)이라고 했으나 나중에는 전해질을 굳혀 마른 전지(Dry Cell)이라고 불렀다.

4. 건전지 분해하기

  ① 신문지를 깔고 폐건전지의 (+)극 부분을 라디오펜치를 이용하여 벗겨낸다.
  ② 쇠톱으로 위쪽부분을 +모양으로 자르고 중간부분을 가로 세로로 한 번씩 자른다.
  ③ 라디오펜치를 이용하여 옆면의 잘라진 틈을 통하여 겉면을 조금씩 벗겨낸다.
  ④ 칼로 안쪽 종이를 잘라내고 안쪽에 들어 있는 물질을 신문지에 쏟아낸다.
  ⑤ 검은색의 고운 가루(이산화망간)가 날리지 않도록 분무기로 물을 뿌려놓는다.
  ⑥ 탄소막대를 꺼내고 각 부분의 명칭과 역할에 대하여 관련 책을 통하여 조사해 본다.

[네이버 지식백과] 건전지의 내부구조 탐구하기 (한 권으로 끝내는 초등과학 자유탐구 (3~6학년), 2011. 2. 18., (주)북이십일 아울북)

5. 건전지의 구성요소 알아보기

이미지 출처 : https://miretia.tistory.com/405

6. 건전지 속 검은 물질에 과산화수소를 뿌린 후 향불을 대보기

7. 수소 연료전지 만들기

   물의 전기 분해 시 발생한 수소와 산소를 이용하여 수소연료전지를 만들어보자.

 ① 물 200mL과 황산나트륨 1스푼을 녹인 용액에 지시약(페놀프탈레인)을 몇 방울 떨어뜨린다.
 ② 백탄의 한쪽 부분을 알루미늄 호일로 감싼다.
 ③ 호일로 감싼 두개의 백탄을 서로 닿지 않도록 하여 앞에서 혼합한 수용액에 넣는다.
 ④ 백탄을 전지와 연결하고 5분 정도 전류를 흘려주면 지시약의 색이 붉게 변하는 것을 볼 수 있다.
    (전지의 (+)극과 (-)극을 확인한다)
 ⑤ 전지를 제거한 후, (+), (-)극을 구분하여 다이오드와 연결한다.
 ⑥ 다이오드가 발광하는 것을 볼 수 있다.

  출처: LG 사이언스랜드 - 신과학실험실

 

   * 꼬마 전구, LED 모두 불이 안 켜짐

8. 수소 연료 전지의 활용

 ① 산림분야에 수소연료전지 드론 활용
 ② 수소 연료와 수소 연료 전기차
 ③ 수소 연료 전지 발전소