전기화학 전극 물질(불활성 금속/활성 금속)

 

전기화학 전극 물질(불활성 금속/활성 금속)

※출처
책 제목: Electrochemical water treatment methods : fundamentals, methods and full scale applications
저자: Mika Sillanpää and Marina Shestakova.
Oxford, England : Butterworth-Heinemann – 2017

<Electrode Material Itself; 전극물질>

모든 전극 물질은 불활성 또는 활성 물질의 두 가지 종류로 나뉠 수 있다. 불활성 또는 불용해성 전극의 대표적인 물질로는 흑연(graphite), 금(Au), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 탄탈럼(Ta)이 있다. 이 금속들은 전기화학 반응 도중에 산화되지 않고 전해질로부터 공급되는 전자를 운반하는 역할만 수행한다. 그래서 이러한 금속들은 금속염을 전기분해하는 데 주로 사용합니다. 반대로, 활성 금속 물질은 전기화학 반응 도중 산화된다.

 

불활성 전극 사용 시 수용액 내 전기분해 예시 (A) NaCl, (B) K2SO4

산성, 중성 또는 경우에 따라 알칼리 pH 조건에서 산소를 포함하는 음이온(SO42-, PO43-, NO3- , OH-)또는 불소 이온(F-)이 존재할 때 물과 수산화 이온(OH-)은 양극에 전하를 빼앗긴다. 여러 음이온이 공존할 때는 환원전위가 가장 낮은 음이온부터 우선적으로 산화된다.

*양극(anode) 반응

활성 금속으로 이루어진 양극의 경우 금속 물질의 환원 전위가 산소 전극(oxygen electrode, +1,229 V)보다 낮을 경우 양극 자체가 산화/용해된다. 활성 금속 물질의 중간에 위치한 니켈 이온, NiSO4를 용해시킬 경우 활성/불활성 음극에서 아래 두 반응이 동시에 일어날 수 있다. 음극에서 니켈과 물 이온은 환원된다.

*음극(cathode) 반응

만약 니켈 양극을 사용한다고 가정하면, 음극 반응은 불활성 전극을 사용할 때와 같지만 양극의 니켈은 산화되고 니켈 이온을 용출한다. 용출된 니켈 이온은 음극으로 이동해 환원된다.

 

중성 pH에서 NiSO4 이온의 전기분해; (A) 불활성 양극(anode), (B) 활성 양극(anode)

전기화학 전극 물질(불활성 금속/활성 금속)