전기 분해

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학교 실험실에서 쓰이는 전기 분해 기구의 모습.

전기분해(電氣分解, 영어: electrolysis)는 시료에 전압을 걸어 화학 반응이 일어나도록 하는 것이다. 더 구체적으로 말해 화합물에 충분히 높은 전압을 걸어 전기 화학적으로 산화 환원 반응을 일으키는 것을 말한다. 전기분해는 우리 생활에 그렇게 가깝지는 않지만 미래에 발전성이 큰 방법이다.

물전기분해 (수전해)[편집]

을 전기 분해할 때 +극과 -극에서 발생하는 기체의 성질을 확인할 수 있다. 수산화나트륨[1]을 조금 넣은 물에 전류를 흘려 준 후 생성 물질을 확인할 수 있다. 물의 공유 결합이 끊어지면서 물은 수소와 산소로 전기 분해된다.

각 전극에서 일어나는 반응
구분 환원 전극 산화 전극
반응식 2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq) H2O(l) → O2(g)+ 2H+(aq) + 2e-
발생하는 기체 수소 산소
주위의 액성 OH-이 생성되므로 염기성 용액 H+이 생성되므로 산성 용액
전체 반응

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

H2와 O2의 계수비가 2:1이므로 발생하는 수소:산소 기체의 부피비 = 2:1

유기물 수전해[편집]

수소를 연료로써 사용하기 위해서 현재 많은 관심을 받고 있는 방법은 신재생에너지로 부터 전력을 공급받아 물전분해장치를 통한 수소발생이다. 하지만 물전기분해시 매우 높은 과전압(E°rev = 1.23 V)을 필요로 하게 되어 전체적으로 시스템 효율을 낮추는 영향을 미치고 있다. 이런 이유로 물전기분해 장치의 스택은 4.2 kWh m−3의 전력이 요구되며, 실제 상용 시스템의 경우 6 kWh m−3 이상의 전력을 필요로 한다.[2] 유기물수전해 (organic solution assisted water electrolysis) 방식은 이를 보완하고자 알코올류 (에탄올,[3] 메탄올[4]), 글리세롤, 개미산 [5] 등의 유기물과 물을 혼합한 연료를 이용하여 전기분해를 통해서 수소를 얻는 방법이 최근 다각도로 연구되고 있다.

실험자 목록[편집]

각주[편집]

  1. 순수한 물은 전류가 흐르지 않기 때문에 전해질인 수산화나트륨이나 황산나트륨을 조금 넣어 전류를 잘 흐르게 하기 위해서이다. 그러나 황산구리(CuSO4)를 물에 넣으면 H+보다 양이온이 되려는 경향이 작은 Cu2+이 먼저 전자를 얻어 Cu로 변한다. 따라서 CuSO4는 전해질이지만 물을 전기 분해할 때 넣어줄 수 없다.(마찬가지로 CuCl2, AgNO3 도 넣어 줄 수 없다. Cl,- Ag+이 존재하는 전해질을 물에 넣은 후 전류를 흘려 주면 전해질이 전기 분해되기 때문이다. 물을 전기 분해할 때에는 수산화나트륨, 황산나트륨 이외에도 탄산나트륨, 황산, 질산칼륨 등의 전해질을 넣어줄 수 있다.
  2. S.P.S. Badwal et al., Hydrogen production via solid electrolytic routes, WIREs Energy Environ., 2 (2013) 473–487 doi:10.1002/wene.50
  3. H. Ju et al., Electro-catalytic conversion of ethanol in solid electrolyte cells for distributed hydrogen generation, Electrochimica Acta 212 (2016) 744-757 doi:10.1016/j.electacta.2016.07.062
  4. S. Uhm, H. Jeon, T.J. Kim, J. Lee, Clean hydrogen production from methanol–water solutions via power-saved electrolytic reforming process, J. Power Sources 198 (2012) 218–222, doi:10.1016/j.electacta.2011.11.006
  5. C. Lamy et al, Clean hydrogen generation through the electrocatalytic oxidation of formic acid in a Proton Exchange Membrane Electrolysis Cell (PEMEC), Electrochimica Acta 60 (2012) 112-120 doi:10.1016/j.electacta.2011.11.006

같이 보기[편집]