전기화학반응

전기화학반응(electrochemical reaction , elektrochemische Reaktion)은 전기에너지와 화학 변화의 관계를 취급하는 화학반응의 하나로, 그 화학반응식 중에는 반드시 전자가 참가하고 있다(예를 들면 Cu²⁺＋2e⁻ ⇌ Cu). 전기화학반응의 결과 전해라고 하는 현상이나 전지라고 하는 장치가 실제로 얻어진다.

개요

전기화학반응은 물질간의 전자 이동에 의한 산화·환원 반응과, 그것들에 의한 여러 가지 현상이며 주로 전극 - 용액계의 반응이다. 예로서는 물의 전기 분해 등이 있다.

특징

전기화학반응의 특징은 다음과 같은 것이다.

• 전기화학반응이 일어나는 반응계는 전자 전도체와 이온 전도체의 조합으로 성립하고 반응은 양자의 계면에서 일어난다. 따라서 그 계면인 2차원면밖에 이용할 수 없는 결점도 있다.

• 애노드에서는 산화 반응, 캐소드에서는 환원 반응이 동시에 각각 장소를 달리하여 일어난다.

• 산화 생성물 및 환원 생성물의 화학적 순도는 매우 높다.

• 전자가 마치 이온이나 원자와 같은 화학종으로 반응식에 참가하고 그때 정비례의 법칙이 성립한다.

• 패러데이의 법칙이 성립한다.

• 반응 속도의 조절이 쉽다. 또 전기화학반응의 기구나 반응 속도의 연구는 전기 화학에서 취급하는 기초적이며 또 중요한 대상의 하나이다.

활용

연료전지

연료전지(燃料電池, Fuel Cell)란 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 화학적 에너지로 부터 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 화학 반응은 촉매층 내에서 촉매에 의하여 이루어지며 일반적으로 연료가 계속적으로 공급되는 한 지속적으로 발전이 가능하다.

건전지

건전지는 아연과 이산화망가니즈 사이의 전기화학반응으로 정격 정압이 1.5 V인 1차 전지이며, 한번 방전이 되면 다시 충전이 되지 않는 일회용 전지이다.

축전지

축전지(storage battery , 蓄電池)는 양극판, 전해액, 음극판 으로 구성되어 있으며 이들의 화학적 작용에 의해 직류 기전력을 발생시킬 수 있도록 만들어진 장치이다. 화학 에너지를 전기에너지로 변화시키는 방전과, 전기에너지를 화학 에너지로 변화시키는 충전을 반복할 수 있도록 만들어진 것을 축전기 또는 2차전지라고 부른다. 축전기의 종류로는 납축전지와 알칼리 축전지가 있으며 납축전지를 가장 널리 사용하고 있다.

전기분해

전기분해(Electrolysis, 電氣分解)는 산화/환원 반응이 자발적으로 일어나지 않을 때 전기에너지를 인가하여 산화/환원 반응을 강제로 일으켜 물질을 분해하는 것이다. 물을 분해하여 수소와 산소로 나누는 물분해가 대표적이며 고등학교, 대학교 과정에서 황산구리의 구리환원반응 등의 많은 전기분해 반응이 있다. 물분해는 많은 연구자들이 연구하고 있으며 주로 수소와 산소를 분해할 때 효율적인 촉매 연구가 주된 부분이다. 일반적인 전기분해와 광전기분해 두 가지 영역으로 구분되며 광전기분해는 광촉매를 사용하여 수소와 산소를 분리시킨다. 또한 촉매는 고가의 고성능 촉매효율 극대화와 저가 촉매의 최대 성능을 달성하는 두 가지 방향으로 연구가 진행되고 있다. 물분해로 수소를 생성할 때 저가 촉매에서 가장 좋은 성능을 나타내는 물질은 몰리브덴, 고가 촉매에서는 백금이며, 산소 생성시 고가 촉매의 경우 귀금속 (백금, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 이리듐 등의 백금족 원소)가 효율적이며 저가 촉매의 경우 코발트, 니켈이 효율적이다.

즉, 전기분해는 산화/환원 반응이 자발적으로 일어나지 않는 물질을 전기에너지를 인가하여 반응을 일어나게 하여 물질을 분해하는 것을 말한다.

참고자료

• 〈전기 화학 반응〉, 《화학대사전》
• 〈전기화학〉, 《위키백과》

같이 보기

• 건전지
• 연료전지
• 축전지

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