전기화학 셀은 양극(Cathode), 음극(Anode), 전해질(Electorlyte)로 구성되어 있다.
그렇다면, 양극과 음극은 대체 어떤 기준으로 구별하는것인지 알아보자.
양극의 다른말은 Positive electrode이며, 음극의 다른말은 Negative electrode 이다.
전극전위 (Electrode potential)가 높은 전극 → 양극 (Positive electrode)
전극전위 (Electrode potential)가 낮은 전극 → 음극 (Negative electrode)
전자의 에너지 준위 (Energy level)가 낮아질 수록 전극의 전위는 높아진다.
Cathode와 Anode는 반응을 기준으로 구별한다.
환원반응 (Reduction)이 발생하는 전극 → 환원극 (Cathode)
산화반응 (Oxidation)이 발생하는 전극 → 산화극 (Anode)
Cathode 환원극 ; 환원반응이 발생하는 전극 (물질이 전자를 얻음 → 전극에서 전자를 사용)
Anode 산화극 ; 산화반응이 발생하는 전극 (물질이 전자를 잃음 → 전극에서 전자가 발생)
갈바니 전지 (다니엘 전지)
: 갈바니 전지란 산화/환원을 이용하여 전기에너지를 생산하는 전지이다. 전지가 구성되면 자발적으로 전기화학 반응이 진행된다.
전자는 안정한 곳으로 이동하려는 특성이 있는데, 이 특징을 잘 이용하고 보여준 전지가 바로 갈바니 전지이다. 갈바니전지에서 Anode는 산화극으로 표준환원전위가 낮고, Cathode는 환원극으로 표준환원전위가 높다.
그러므로 음극에서는 Zn → Zn 2+ + 2e-의 반응이 일어나고, 양극에서는 Cu+2 + 2e- → Cu 반응이 일어난다.
낮은 전위의 음극에서는 전자의 에너지가 높아서 전자를 내어주기 쉽다. 높은 전위의 양극에서는 전자의 에너지가 낮아서 전자를 받아들이기 쉽다. 따라서, 산화가 일어나는 전극을 Anode, 환원이 일어나는 전극을 Cathode라고 부른다.
갈바닉 전지 (Galvanic cell) : 화학전지 내에서 자발적 반응이 일어나 전기를 생산하는 전지를 의미한다. 일차전지, 부식, 연료전지등이 여기에 속한다.
Cathode → 양극 (Positive electrode)
Anode → 음극 (Negative electrode)
전해전지 (Electrotic cell) : 외부로부터 전지에너지를 공급받아 그 에너지를 소모하여 화학반응이 발생한다. 비자발적이며 전기에너지를 필요로 한다. 전기분해, 전해도금 등이 이 반응의 예시이다.
Cathode → 음극 (Negative electrode)
Anode → 양극 (Positive electrode)
이때, 갈바닉 전지에서 방전이 될 때 (Discharge) 낮은 환원 전위를 갖고 전압이 낮기 때문에 음극이며, 산화반응이 발생하여 전자를 생성하는 Anode와 높은 환원 전위를 갖고 전압이 높은 양극과 환원 반응이 발생하여 전자를 소모하는 Cathode로 구성되어 있다.
전해 전지에서 충전이 될때, 낮은 전위를 인가해주면 전압이 낮은 음극과 전자를 공급받아 환원 반응이 일어나는 Cathode와 높은 전위를 인가하여 전압이 높은 양극과 전자를 빼앗겨 산화반응이 일어나는 Anode가 있다.
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