제 23 회 전국 과학 전람회

화학 부문 (기초 과학분야)

해 수 전 지 개 발

경북 대구 동촌 초등학교

교사 : 노 일 경

교사 : 전 병 규

목 차

Ⅰ. 동기 및 목적 ············································································1

Ⅱ. 연구내용 ····················································································1

Ⅲ. 연구과정 및 결과 ····································································1

1. 극판의 선정 ·······························································································1

2. 격리 막의 선정 ·························································································4

3. 극판의 거리와 전압 전류 ·······································································5

4. 극판의 크기와 전류전압 ·········································································7

5. 분극 작용과 전압전류 조사 ···································································9

6. 해수전지 실용화 ·····················································································14

Ⅳ. 결 론 ·······················································································16

Ⅴ. 전 망 ·······················································································17

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Ⅰ. 동기 및 목적

1. 전 세계가 석유파동 이후 에너지자원 개발에 관심이 크고

2. 지상 지하의 자원 개발에서 해수 및 해저까지 탐사 착수하고 있어서

3. 우리의 삼면 해수 자원을 에너지 자원으로 개발만 된다면 해상에서 군, 민, 간

의 비상시의 조명용으로 절실히 필요함을 느껴 “해수 전지 개발” 할 것을 목적

으로 함.

Ⅱ. 연구내용

1. 극판의 선정

2. 격리 막의 선정

3. 극판의 거리와 전압 전류

4. 극판의 크기와 전압 전류

5. 분극작용과 전압전류

6. 해수전지 실용화

Ⅲ. 연구과정 및 결과

1. 극판의 선정

가) 방 법

- 2 -

․극판의 크기를 75㎜×75㎜×0.8㎜의 크기로 구리, 납, 철, 알루미늄, 아연, 마

그네슘 판을 양극, 음극으로 각 1매씩 조합하여 해수 6ℓ속에 담구어 전류

를 측정하였다.

나) 결 과

(1) 전압조사 계기 : Samjin. Type. SM80

구분 Cu Pb Fe Zn Al Mg

Cu 0 0.1 0.1 0.6 0.2 0.9

Pb 0.1 0 0.2 0.3 0.1 0.5

Fe 0.1 0.2 0 0.1 0.1 0.4

Zn 0.5 0.3 0.1 0 0.1 0.4

Al 0.2 0.1 0.1 0.1 0 0.5

Mg 0.9 0.5 0.4 0.4 0.5 0

- 3 -

(2) 전류 조사 계기 : 무부하 상태 측정

Sam Jin Type SM80

구분 Cu Pb Fe Zn Al Mg

Cu 0 0.4 0.04 0.14 0.1 0.4

Pb 0.04 0 0.01 0.03 0.02 0.08

Fe 0.04 0.01 0 0.03 0.03 0.05

Zn 0.14 003 0.03 0 0.03 0.02

Al 0.1 0.02 0.03 0.03 0 0.2

Mg 0.4 0.08 0.05 0.02 0.2 0

△○ 양극은 구리판 음극을 마그네슘 판으로 했을 때 기전력이 0.9V로 양극을

구리판 음극을 아연판으로 했을 때 보다 0.4V 높고, 양극을 구리판 음극

을 알루미늄 판으로 했을 때 보다 0.7V 높다.

- 4 -

△○ 전류도 양극을 구리판 음극을 마그네슘 판으로 했을 때가 0.4A로 양극

을 구리판, 음극을 아연판으로 했을 때보다 0.26A 더 많이 흐르고, 양극

을 구리판, 음극을 알루미늄 판으로 했을 때 보다 0.3A가 더 흘렀다.

△○ 양극은 구리판이 가장 좋고, 음극은 마그네슘, 아연, 알루미늄의 순이다.

2. 격리 막의 선정

(가) 방 법

․극판의 크기를 75×75×0.8의 크기로 하고 극판간의 거리는 0.5㎜로 하여

양극을 구리판, 음극을 마그네슘, 아연, 알루미늄으로 하고 그 사이를 갱지,

모조지, 보루지, 망사, 고무세파레이트, 무격리막 등으로 하여 해수 6ℓ속에

담구어 전압, 전류를 측정하였다.

(나) 결 과

(1) 전압 조사

계기 : Sam Jin Type SM80

단위 V

구분 없다 갱지 모조지 보루지 망사 고무세파

W:Al 0.4 0.2 0.1 0.3 0.3 0.4W:Zn 0.6 0.3 0.2 0.4 0.5 0.6W:mg 1 0.8 0.8 0.9 1 1

- 5 -

(2) 전류조사

계기 : Sam Jin Type SM80

단위 A 무부하 상태

구분 없다 갱지 모조지 보루지 망사 고무세파

W:Al 0.03 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02

W:Zn 0.13 0.02 0.02 0.02 0.12 0.10

W:mg 0.85 0.45 0.4 0.2 0.7 25

․격리 막이 없을 때 가장 큰 전류를 얻을 수 있다.

․격리 막으로는 고무세파레이트와 망사가 좋다.

3. 극판의 거리와 전압 전류

(가) 방 법

․극판의 크기를 75×75×0.8의 크기로 하고, 극판사이의 격리 막은 없게 하

여 거리를 160㎜부터 반으로 좁혀가면서 전압 전류를 측정하였다.

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(나) 결 과

(1) 전압조사

단위 V

계기 : Sam Jin Type SM80

구 분 160㎜ 80㎜ 40㎜ 20㎜ 10㎜ 5㎜ 2.5㎜ 1㎜

W:Al 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

W:Zn 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

W:mg 1 1 1 1 1 1 1 1

(2) 전류 조사

계기 Sam Jin Type SM80

단위 무부하 상태

W:Al 0.03 0.07 0.10 0.12 0.13 0.15 0.15 0.15

W:Zn 0.04 0.07 0.11 0.12 0.15 0.17 0.17 0.17

W:mg 0.09 0.15 0.18 0.20 0.56 0.56 0.56 0.56

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◎ 거리의 변화에 관계없이 전압은 일정하다.

◎ 큰 전류를 얻으려면 극판간 거리를 5㎜ 이내로 하여야 한다.

4. 극판의 크기와 전류전압

(가) 방 법

① 극판의 종류는 양극을 구리판, 음극을 각각 마그네슘, 아연, 알루미늄 판으

로 하고 면적만 달리해서 극판 거리를 5㎜ 이내서 각각 1매씩 조립하여

전압과 전류를 측정하였다.

② 격리 막은 없게 했음

(나) 결 과

① 전압 조사

계기 Sam Jin Type SM80

구분 75×75×0.8 150×150×0.8 205×250×0.8

W:Al 0.3 0.3 0.3

W:Zn 0.5 0.5 0.5

W:Mg 1 1 1

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② 전류 조사

: 무부하상태 계기 Sam Jin Type SM80

단위 A

W:Al 0.03 0.06 0.08

W:Zn 0.13 0.18 0.20

W:Mg 0.56 0.87 0.89

- 9 -

․전압은 극판의 넓이에 관계없고

․큰 전류를 얻으려면 극판을 넓혀야 된다.

5. 분극 작용과 전압전류 조사

(가) 방 법

① 극판 크기 150×150×0.8로 양극은 구리판, 음극은 알루미늄, 아연, 마그네

슘 판으로 각각 바꾸어 조립하여 해수를 넣은 수조에 담구어 전압과 전류

를 측정하였다.

② 해수를 진동시켜 주는 장치

․해수를 파도처럼 움직여 주기 위해 펌프를 이용해서 움직여 주었음.

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④ 해수전지의 종류

전류 : 부하 3V용 전구 걸고 측정

양극판 음극판 판의 규격 격리 막 모양양음극판 각 1매 1조 각 5조 직렬

전압 전류 전압 전류

구리 알루미늄 0.1 0.01 0.6 0.05

구리 아 연 0.25 0.04 1.5 0.12

구리 마그네슘 1.0 0.08 6 0.38

(나) 결 과

1) W, Mg 해수 전지

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시 간 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7

전

압

방치 1.3 1.9 2.0 1.9 1.8 1.6 1.4 1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 1.2

진동 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6

전

류

방치 0.22 0.22 0.18 0.18 0.15 0.15 0.15 0.13 0.12 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11

진동 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

시 간 7.5 8 8.5 9 9.5 10

전

압

방치 1.2 1.2 1.1 1.1 1.1 1.0

진동 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6

전

류

방치 0.10 0.10 0.09 0.09 0.09

진동 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

․방치된 상태에서는 시간이 경과함에 따라 전압과 전류가 강하하였다.

․강화되어 가는 전압과 전류는 진동을 주므로 서 회복시킬 수 있다.

(분극 작용 제거)

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2) Cu, Zn 해수전지

시 간 5분 10분 15분 20분 30분 40분 50분 60분 70분 80분 90분 100분

전압

방치 1.6 1.5 1.3 1.0 0.8 0.5 0.3 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1

진동 1.6 1.6 1.6 1.6 1.5 1.4 1.2 0.8 0.4 0.2 0.1 0.1

전류

방치 0.08 0.08 0.06 0.03 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 ․

진동 0.08 0.08 0.08 0.08 0.07 0.06 0.04 0.02 0.01 ․ ․ ․

(Cu, Zn 해수전지)

․전압과 전류를 진동을 주었으나 회복되지 않았다.

․시간이 지남에 따라 전압과 전류가 강하하여 장시간 쓸 수 없다.

(국부전류 때문)

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3) Cu, Al 해수전지

시 간 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

전압방치 1.4 1.4 1.2 1.0 1.0 1.0 0.8 0.6 0.2 0.1

진동 1.2 1.2 1.2

전류방치 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01

진동 0.03 0.03 0.03 0.03

시 간 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

전압방치

진동 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 0.8 0.8 0.6 0.6 0.4

전류방치

진동 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02

<Cu, Al 해수전지>

․시간이 경과함에 따라 전압과 전류가 강하하고 진동을 시키니 다시 회복

되었다.

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6. 해수전지 실용화

가. 방 법

․바다에 항상 일고 있는 파도를 이용하면 분극작용을 막을 수 있다.

․포항시 학산동 군인초소 앞바다(영일만)에서 6차 실험

․바다에 띄울 수 있는 기구

나. 결 과

① Cu, Mg 해수전지

시간 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6 8 10

전압 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

전류 0.23 0..23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.2 0.2 0.23 0.23 0.23 0.2

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<바다에서 실험>

․장시간 전압과 전류가 일정한 상태로 유지되었다.

② Cu, Zn 해수전지

시간 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

전압 1.6 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

전류 0.08 0.08 0.08 0.06 0.06 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08

<Cu, Zn 형 해수전지> (아연판은 바다에서 실험)

․장시간 동안 일정한 전압과 전류가 유지되었다.

․아연극판 아말감 처리 후 사용해야 좋다.

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③ Cu, Al 해수전지

시간 1 2 3 4 6 8 10

전압 1.4 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

전류 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

<바다에서>

․전압과 전류는 일정한 상태를 지속하나 전압, 전류가 타 전지에 비해 낮

다.

Ⅳ. 결 론

1. 해수전지의 분극작용은 파도의 힘으로 막을 수 있다.

2. 해수전지의 양극 +○ 판으로는 구리판이 가장 좋다.

3. 해수전지의 음극 -○ 판으로는 마그네슘, 아연, 알루미늄 판의 순이다.

4. 해수전지는 보관시간이 영구적 이여서 바다의 비상용 전지로 사용할 수 있다.

Ⅴ. 전 망

1. 대량화 기업화되면 도서 어촌의 조명용으로 뿐만 아니라, 산업 발전에 기여할

수 있다.