전기 분해: 두 판 사이의 차이

수소를 생산하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며 그 중에서도 적은 에너지를 가지고 반응을 쉽게 일으키게 하는 전극촉매에 쓰일 물질에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 현재까지 수소를 대량생산하기 위해 가장 경제적인 방법은 화석연료로부터의 추출이다. 하지만, 앞에서 다룬 것처럼 화석연료의 사용은 많은 문제점을 일으키고 있어 대안이 필요한데, 그 중 하나는 수전해(H2O(l) → H2 + 1/2O2(g))이다. 수전해란 물에 전기에너지를 가해 수소와 산소로 분해하는 것으로 이러한 연구의 핵심은 수전해에 필요한 에너지를 낮춰주는 전극촉매에 있다. [[물]]을 전기 분해할 때 +극과 -극에서 발생하는 기체의 성질을 확인할 수 있다. 수산화나트륨<ref> 순수한 물은 전류가 흐르지 않기 때문에 전해질인 [[수산화나트륨]]이나 [[황산나트륨]]을 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. </ref>을 조금 넣은 물에 전류를 흘려 준 후 생성 물질을 확인할 수 있다. 물의 [[공유 결합]]이 끊어지면서 물은 수소와 산소로 전기 분해된다.수전해는 크게 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction(HER), 2H+ (aq) + 2e- → H2 (g))과 산소 발생 반응(oxygen evolution reaction(OER), 2 H2O (l) → 4e- + 4H+ (aq)+ O2 (g)), 위 두 가지 반쪽 반응(half-reaction)으로 구성된다. 그 중 산성 용액에서 HER에 가장 우수한 촉매로 꼽히는 물질은 바로 백금(Pt)이다. 그러나 백금은 매장량이 매우 적고 단가가 높아 공정에 적용하기 어렵다. 이에 따라 백금을 대체할 새로운 물질에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

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.<ref>S.P.S. Badwal et al., Hydrogen production via solid electrolytic routes, WIREs Energy Environ., 2 (2013) 473–487 [[doi:10.1002/wene.50]]</ref> 유기물수전해 (organic solution assisted water electrolysis) 방식은 이를 보완하고자 알코올류 (에탄올,<ref>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]]</ref> 메탄올<ref> 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]]</ref>), 글리세롤, 개미산<ref>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]]</ref> 등의 유기물과 물을 혼합한 연료를 이용하여 전기분해를 통해서 수소를 얻는 방법이 최근 다각도로 연구되고 있다.