1. 전기 화학 (Electro Chemistry)
ㅇ 전기가 화학반응에 어떤 역할을 하는 과정을 연구하는 분야
- 에너지 변환 : 화학 에너지 ↔ 전기 에너지
- 전자를 잃거나 얻음 : 전자가 관여되는 `산화 환원` 과정과 관련됨
. 산화 : 이온 화합물이 전자를 잃고, 이 전자가 전극으로 이동하는 반응
. 환원 : 전극으로부터 전자가 방출되어, 이온 화합물이 이 전자를 얻는 반응
ㅇ 응용 분야
- 일차 전지, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지 등 에너지 변환 및 저장
- 물질 제조 (전기분해)
. 알루미늄, 이염소화물(dichlorine), 수산화나트륨(sodium hydroxide) 등의 원자재 생산
- 전기 도금, 금속 부식의 방지 등 표면 처리
- 화학 센서 (가스,용액 농도 측정 등. 주로, 특정 물질에 선택적으로 작용하는 전극을 이용)
2. 전기 화학계의 기본 구성, 주요 이론
ㅇ 기본 구성 : 2개 전극과 1 이상의 전해질로 구성
- 외부와 연결되는 `2개의 전극 (Electrode : Anode, Cathode)`
- 내부 이온 이동이 이루어지는 `1 이상의 전해질 (Electrolyte)`
* 이런 구성을 갖춘 것을, `전기화학적 셀 (Electrochemical Cell)` 이라고 칭함 ☞ 전지 참조
ㅇ 이외에도,
- 외부 전기회로와의 연결을 위한 도선(Conducting Wire)
- 전해질 용액 간에 섞이지 않고, 전기적 접촉을 유지하기 위해, 염 다리(Salt Bridge) 등이 필요
ㅇ 주요 관련 이론
- 전해질 용액 및 전극 반응속도론, 전극 전위의 측정, 전기 분석 화학 등
3. 전기 화학 반응의 구분 (자발적 반응, 비자발적 반응)
ㅇ (자발적 : 전기 생산)
- 자발적 전기화학 반응 → 전기 에너지를 얻어냄 (`갈바니 전지`라고도 함)
. 例) 물질 변환에 의해 전기 에너지를 만드는 전지 원리
.. 캐소드(정극,+극) : 외부 도선으로 전류가 흘러나가는 쪽 (환원 전극)
... 전극으로부터 전자가 방출되어 전해질 용액쪽으로 이동
.. 애노드(부극,-극) : 부하를 통해 전류가 돌아오는 쪽 (산화 전극)
... 전해질 용액에서 전자를 내어놓아 전극으로 이동
ㅇ (비자발적 : 전기 분해)
- 전기 에너지 투입 → 비 자발적 전기화학 반응 (`전해 전지`라고도 함)
. 例) 전기 에너지를 투입하여 물질로 변환시키는 전기분해,도금 원리
.. 애노드(정극,+극) : 외부 전원으로부터 전류를 흘려넣는 쪽 (산화 전극)
.. 캐소드(부극,-극) : 외부 전원으로 빠져나가는 전류의 출구 (환원 전극)
4. 전기 화학 반응의 특징
ㅇ 통제/제어시킨 산화 환원 반응 임
- 항상 동시에 일어나나, 서로 다른 장소(1 쌍의 전극)에서 진행 됨
- 한편, 폭발적으로 빠른 산화환원 과정은 연소를 들 수 있음
ㅇ 전기 화학반응 시에 외부와의 전자 교환, 에너지 변환이 일어남
- 전도체인 전극과 전해질 내 이온과의 상호작용으로, 전자 교환/이동이 발생 되고,
- 이 과정 중에, 에너지 변환(화학 에너지 ↔ 전기 에너지)이 일어남
ㅇ 전극이 주된 역할을 함
- 전자를 주고받는 (전자의 재배치) 상대가 전극이 된다는 점에서, 통상의 화학반응과는 다름
※ 특히, 전기화학적 중요 반응 대부분이,
- 전극과 전해질 접촉면(계면)에서 만 발생됨 ☞ 전기이중층 참조
ㅇ 직접적인 열 발생을 안함
- 통상의 화학반응은, 열 발생을 하나,
- 전기 화학반응에서는, 오로지 전기 에너지 만을 도선 등에 의해 외부에 전달하게 됨
5. [참고사항]
ㅇ 일정 전위기 (potentiostat)
- 전기 화학 분야에서, 전압 변화 없이 일정 전류를 공급하는, dc 전력 공급 장치를 일컬음