전기화학 전지
전기화학 전지(electrochemical cell)는 화학 반응에 의해 전기 에너지를 만들어 내거나, 전기 에너지를 화학 반응을 통해 저장하는 장치이다. 반응이 자발적인 경우 볼타 전지(갈바니 전지)라 부르고, 반응이 비자발적인 경우 전해 전지라 부른다.
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이론적 바탕
네른스트 식
독일의 물리학자 발터 네른스트가 정립한 식으로, 두 전극에서 일어나는 산화 환원 반응에 있어 전기화학 퍼텐셜의 값을 계산하는 데 쓰인다.
반쪽 전지와 표준 환원 전위
반쪽 전지란, 금속 전극과 금속 이온이 포함된 전해질로 구성된 전지이다. 이것은 전체 전지 반응에서 산화 또는 환원이 일어나는 전극을 분리시켜 놓은 것이다. 물론 반쪽 전지만으로는 회로가 성립되지 않고, 대체로 전극에서 일어나는 반응을 파악하며 표준 환원 전위를 알아보기 위해 사용하는 개념이다. 특별히 그 기준으로 삼는 전극이 바로 표준 수소 전극(standard hydrogen electrode; SHE)이다.
반응의 자발성
볼타 전지
전지 반응이 자발적으로 일어나는 것을 볼타 전지(Voltaic cell) 또는 갈바니 전지(Galvanic cel)라 한다.
전해 전지
전지 반응이 자발적으로 일어나지 않아서, 외부에서 문턱값 이상의 에너지를 가해 주어야 하는 전지를 전해 전지(electrolysis cell)라 한다. 전해 전지는 주로 도금에 쓰인다.
이차 전지
볼타 전지 중에서 역으로 전류를 흘려 주어 전기 에너지를 화학 에너지로 다시 저장할 수 있는 종류를 이차 전지라 부른다. 이차 전지는 현대 사회에서 여러 가지 용도로 쓰인다.
구조
양극
음극
전해질
염다리
염다리(salt bridge)는 산화 전극과 환원 전극을 이어주는 기구이다. 전해질을 아가에 넣어 굳히거나 천에 수용액을 적셔 만들기도 하지만, 실제 전지에서는 다공성 분리막을 이용하여 이온만 통과하고 두 전극은 맞닿지 않도록 하는 경우가 많다.
표기법
응용
전기화학 전지는 전기 에너지의 저장 매채로 널리 쓰인다. 이를테면 다양한 모양과 전압의 알칼리 전지, 니켈 전지, 리튬 전지 등으로 생활 곳곳에 사용된다.
전기화학 전지는 분석화학에서 3전극 전기분석 셀로 널리 사용된다. 전류법, 전압법으로 용액상 포함된 이온을 분석할 수 있다. 전극으로는 은-염화은 전극, 탄소 전극, 수은 적하 전극 등이 사용된다.
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참고 문헌
- Christian, Gary D. Analytical Chemistry 6e, Wiley.
- Harris, Daniel C. Quantitative Analytical Chemistry 8e, W. H. Freeman.
