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그로브 기체 전지
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Volt

작성자

Volt

3. 9월 2026SE
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그로브 기체 전지

이전의 모든 전지는 연료를 제 안에 지니고 있었다. 볼타의 전퇴는 아연 원판을 갉아먹었고, 다니엘 전지는 아연 막대와 황산구리 용액을 갉아먹었다. 금속이 다하면 전지도 다했고, 더 많은 에너지를 얻는 유일한 방법은 더 큰 전지를 만드는 것이었다. 1839년, 여가에 물리를 하던 변호사 윌리엄 로버트 그로브가 Philosophical Magazine에 다른 이야기를 실었다. 그는 백금 조각 두 개를 묽은 황산에 절반쯤 담그고, 하나의 윗부분은 수소에, 다른 하나는 산소에 가두었다. 전지는 약 1볼트를 냈지만 그 안에 소모되는 금속은 하나도 없었다. 백금은 그대로 남았고 소모된 것은 기체였다. 그는 이런 전지 쉰 개를 쌓아 스스로 기체 볼타 전지라 불렀고, 그것으로 물을 전기분해했다. 반응을 자기 자신으로 거꾸로 돌린 셈이다. 이것이 연료전지 개념의 전부이며, 누구도 쓸 수 없던 시절보다 백이십 년 앞서 도착했다. 이유는 세 번째 단계에 있다. 반응은 기체와 액체와 촉매가 만나는 선을 따라서만 일어나는데, 매끈한 백금 선에서는 그 선이 거의 없는 것이나 마찬가지다. 그로브의 전지는 전압은 좋았고 전류는 거의 없었다. 이후의 모든 것 — 백금흑, 몬드와 랑거의 다공판, 베이컨의 가압 니켈 전극, 오늘날의 막 스택 — 은 바로 그 하나의 기하학적 문제에 대한 공격이다. 그로브는 특허를 내지 않았다. 편지 한 통으로 발표하고 에너지 보존을 둘러싼 논쟁으로 옮겨 갔다.
중급
45분

안내

1

기체 반쪽 전지 두 개를 만든다

250 mL 비커의 절반을 1 M 황산으로 채운다(50% 황산 55 mL를 500 mL로 희석한다. 산을 물에 넣는다. 보안경과 장갑 착용). 같은 산으로 시험관 두 개를 채우고 공기가 들어가지 않게 비커 속에 거꾸로 세운 뒤 입구가 아래를 향하도록 고정한다. 각 시험관 안으로 백금 선을 올려, 아래쪽 끝은 액체에 잠기고 위쪽 끝은 관 위의 빈 공간에 놓이게 한다.

이 단계의 재료:

Sulfuric Acid - 50%Sulfuric Acid - 50%60 ml
Platinum WirePlatinum Wire2
Distilled Water (Lab Grade)Distilled Water (Lab Grade)500 ml

필요한 도구:

Borosilicate BeakerBorosilicate Beaker
Test Tube SetTest Tube Set
Lab Safety Goggles (Chemical Splash)Lab Safety Goggles (Chemical Splash)
Chemical-Resistant GlovesChemical-Resistant Gloves
Lab Stand & Clamp SetLab Stand & Clamp Set
2

제 기체로 충전한 뒤 읽는다

백금 선 두 가닥을 3 V 전원에 60초 동안 연결한다. 기체가 관 위쪽에 모인다. 음극 선에는 수소, 양극에는 산소가 모이며 수소가 약 두 배 많다. 전원을 떼고 같은 두 선에 곧바로 멀티미터를 댄다. 개방 전압을 5분 동안 30초마다 읽어 적는다. 그다음 1 kΩ으로 부하를 걸고 전압을 다시 읽는다. 전류는 그 전압을 1000으로 나눈 값이다.

필요한 도구:

Adjustable Bench Power SupplyAdjustable Bench Power Supply
Digital Multimeter - Lab GradeDigital Multimeter - Lab Grade
Alligator Clip Test LeadsAlligator Clip Test Leads
1/4W Resistor Kit1/4W Resistor Kit
StopwatchStopwatch
3

무엇이 목을 조르는지 알아낸다

당신의 전지는 그럴듯한 전압을 유지하면서 형편없는 전류를 낸다. 그것이 바로 그로브 자신의 결과이며 원인은 네 가지가 가능하다. 이 순서로 시험하라. 각 시험은 한 가지만 바꾸고, 그 답이 병목의 이름을 말해 준다.

Flow

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필요한 도구:

Digital Multimeter - Lab GradeDigital Multimeter - Lab Grade
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넘을 수 없는 볼트

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필요한 도구:

Desktop ComputerDesktop Computer
5

역사와 맥락

그로브가 발표한 것(1839년, Philosophical Magazine 제3집 제14권): 백금 전극 두 개, 묽은 황산, 한쪽 위에는 수소 다른 쪽 위에는 산소, 전지 하나당 약 1볼트, 직렬 쉰 개. 특허는 한 번도 출원되지 않았다. 연료전지라는 이름도 그의 것이 아니다. 루트비히 몬드와 카를 랑거가 1889년에 다공판과 전해질을 붙드는 기지를 갖춘 형식을 두고 만든 말이다. 현대의 제작 사양(도출한 것이며 그로브의 것이 아님): 그가 밝히지 않은 농도 대신 1 M 황산, 조각 대신 백금 선, 기체를 만들 두 번째 전지 대신 실험실 전원. 화학은 그대로다. 왜 기다려야 했는가. 백금만이 쓸 만한 촉매였고, 반응은 기체와 산과 금속이 맞닿는 곳에서만 진행된다. 프랜시스 베이컨은 1932년부터 1959년까지 백금을 가압 다공 니켈로 바꾸는 데 매달려 5 kW에 이르렀다. 아폴로에 실려 날아간 전지의 조상은 그로브의 기계가 아니라 그 기계다. 그로브를 정직하게 읽으면, 그는 원리를 증명했고 공학은 한 세기 동안 열어 둔 채 남겼다.

재료

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필요 도구

11

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