Electro Chemistry   전기 화학

(2024-07-05)

Electrochemical Cell, 전기화학적 셀


1. 전기 화학 (Electro Chemistry)전기화학반응에 어떤 역할을 하는 과정을 연구하는 분야
     - 에너지 변환  :  화학 에너지전기 에너지
     - 전자를 잃거나 얻음  :  전자가 관여되는 `산화 환원` 과정과 관련됨
        . 산화 : 이온 화합물전자를 잃고, 이 전자전극으로 이동하는 반응
        . 환원 : 전극으로부터 전자가 방출되어, 이온 화합물이 이 전자를 얻는 반응

  ㅇ 응용 분야
     - 일차 전지, 이차 전지, 연료 전지, 태양 전지에너지 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 용액전극 반응속도론, 전극 전위측정, 전기 분석 화학3. 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
     - 전도체전극전해질이온과의 상호작용으로, 전자 교환/이동이 발생 되고,
     - 이 과정 중에, 에너지 변환(화학 에너지전기 에너지)이 일어남

  ㅇ 전극이 주된 역할을 함
     - 전자를 주고받는 (전자의 재배치) 상대가 전극이 된다는 점에서, 통상의 화학반응과는 다름

  ※ 특히, 전기화학적 중요 반응 대부분이, 
     - 전극전해질 접촉면(계면)에서 만 발생됨  ☞ 전기이중층 참조

  ㅇ 직접적인  발생을 안함
     - 통상의 화학반응은,  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

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