수전해(물 전기분해), 세상 제일 쉽게 설명드립니다.

 

1. 수전해 : 물을 전기분해 

 

  수전해란 한자로 '물 수(水)', 전기 '전(電)', '분해 해(解)'라고 하는데요. 즉, 물을 전기분해하는 것을 의미해요. 왜 전기분해 할까요? 물은 화학식으로 H2O이죠. 이중, '수소(H2)'를 뽑기 위해서입니다. 즉, 물(H2O)이라는 성분안에 수소(H2)를 뽑기 위해 전기를 가하는 것을 '수전해'라고 하는 것이에요.

 

 

정리 

수전해 : '물 수(水)', 전기 '전(電)', '분해 해(解)' > 뜻 : 물 전기분해 for 수소 획득

 

 

2. 수전해 원리 : 양극, 음극

 

  수전해설비는 이차전지와 굉장히 유사해요. 전극(양극, 음극), 분리막(멤브레인)이 있죠. 다른 것은 수소(H2)를 저장할 탱크가 따로 있다는 것이에요. 양극(Anode), 음극(Cathode)를 먼저 볼게요. 수전해는 '전기를 가해 수소를 얻는 것'이라고 했죠. 이때, 전압을 가하는 곳이 양극쪽입니다. 그 이유는 전자가 양극에서 음극으로 이동하기 때문이죠. 전압이 가해진 양극은 전자를 잃으면서 가스를 발생시키는데요. 산소가스(O2)입니다. 산소는 우리의 관심사가 아니니 패스하도록 하죠. 

 

  전자는 양극에서 음극으로 이동한다고 했죠. 그러면, 음극 입장에서는 전자를 받게됩니다. 수용액에 의해 물분자는 수소이온(H+), 산소이온(O2-)으로 분리된 상태인데요. 이는 양극에서도 마찬가지에요. 다만,  전자를 받는 입장인 음극에서는 양이 추가가 돼요. 이때, 수소이온이 전자를 받아 수소가스(H2)를 생성시켜요. 이를 '수소환원반응'이라고 하는데요. 앞서 설명했듯, 수용액에 의해 이온상태였던 수소이온(H+)이 전자(e-)를 얻어 수소가스(H2)로 환원된 것이죠. 참고로, '환원'이란 '돌아올 환', '근본 원'이란 한자를 쓰는데요. 즉, 근본으로(수소가스)로 돌아오는 것을 의미해요. 

 

 

 

정리 

수전해 구성 : 양극(Anode), 음극(Cathode), 분리막(Membrane), 수용액
* 양극(Anode) : 전자(e-) 이동 to 음극 
* 음극(Cathode) : When 전자 도착, 수소가스(H2) 발생

 

 

3. 수전해 원리 : 멤브레인, 수용액

 

  이제 핵심은 마무리 했어요. 분리막 역할을 하는 멤브레인(Membrane)은 말 그대로 '분리'역할을 해요. 양극과 음극에서 서로 다른 가스(O2, H2)들이 생성되기 때문에 섞이지 않게 분리해야하죠.

 

  다만, 멤브레인에는 기공(구멍)들이 많은데요. 이온을 선택적으로 통과시키기 위해서죠. 예를 들면, 전자를 받는 음극에서는 수소이온(H+)이 환원반응을 일으켜 수소가스(H2)를 생성한다고 했죠. 그러면, 수소이온(+)이 많을 수록 효율이 올라가겠죠? 양극에서 수소이온(H+)을 들여와야하는데, 통로역할을 멤브레인의 기공들이 하는 것이에요. 이때, 멤브레인의 종류, 수전해설비의 종류에 따라 수소이온(H+), 수산화이온(OH-)를 선택적으로 통과시켜요. 

 

 

 

  마지막으로 간단하게 수용액을 살펴볼게. 수용액에 담겨진 물은 이온상태가 된다고 했죠. 예를 들면, 수소이온(H+), 수산화이온(OH-) 처럼 말이죠. 참고로, 수용액은 알칼리 or 산 수용액을 사용하는데요. 보통 알칼리 수용액을 사용해요. 예를 들면, 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH)이 있죠. 알칼리 수용액을 사용하는 이유는 다음과 같아요. '1 ) 높은 전기전도성 for 전자이동, 2) 높은 수산화이온농도(OH-) for 수소가스 생성반응, 3) 낮은 부식성, 4) 저렴한 비용'이죠.

 

 

정리

수용액 : 알칼리(KOH=수산화칼륨, NaOH=수산화나트륨), 산(H2SO4) 
* 알칼리수용액 장점 : 1) 높은 전기전도성 for 전자이동, 2) 높은 수산화이온농도(OH-) for 수소가스 생성반응, 3) 낮은 부식성, 4) 저렴한 비용