希硫酸からの電解水素製造

ソノ電解セットアップ2 – シンプル・バッチ

ガラス容器は希硫酸（H2SO4、1.0M）の電解液で満たされている。この単純な電解槽では、電極が酸性化した水の溶液に浸されている。正極はカーボン（8mm）製。負極はチタン製の超音波ソノエ電極（10mm、MS10、Hielscher UP100H、100ワット、30kHz）。電気分解は、希硫酸溶液に電気を通したときのみ行われる。したがって、炭素陽極とチタン陰極は定電圧電源（直流）に接続される。チタン電極とカーボン電極は不活性である。希硫酸の電気分解で発生する水素ガスと酸素ガスは、このセットアップでは回収されません。以下のビデオは、この非常にシンプルなセットアップの動作を示しています。

電気分解中に何が起こりますか？

水素イオンは負極に引き寄せられる。そこで水素イオンまたは水分子は、電子の獲得によって水素ガス分子に還元される。その結果、水素ガス分子は水素ガスとして排出される。多くの反応性金属塩や酸溶液を電気分解すると、負極電極で水素が発生します。
マイナスの硫酸イオンや微量の水酸化物イオンは、プラスの負極に引き寄せられる。硫酸イオン自体は安定しすぎているため、何も起こらない。水酸化物イオンまたは水分子は、負極で排出・酸化され酸素となる。この正極反応は、電子損失による酸化電極反応である。

なぜ希硫酸を使うのか？

水には微量の水素イオンと水酸化物イオンしか含まれていない。このため、電気伝導度が制限される。希硫酸から得られる高濃度の水素イオンと硫酸イオンは、電解液の電気伝導性を向上させます。あるいは、水酸化カリウム（KOH）や水酸化ナトリウム（NAOH）のようなアルカリ性電解質溶液と水を使用することもできます。多くの塩や硫酸の溶液を電気分解すると、負極に水素が、正極に酸素が発生する。塩酸または塩化物塩の電気分解では、陽極に塩素が発生する。

電解槽とは？

電解槽は、電気分解として知られるプロセスで水を水素と酸素に分離する装置である。電解槽は電気を利用して水素ガスと酸素ガスを発生させる。水素ガスは、圧縮ガスまたは液化ガスとして貯蔵することができる。水素は、自動車、電車、バス、トラックなどの水素燃料電池に使用されるエネルギー・キャリアである。
基本的な電解槽には、正極 (負電荷) と負極 (正電荷) のほか、ポンプ、通気口、貯蔵タンク、電源、セパレーターなどの周辺部品が含まれています。水の電気分解は、電解槽内で起こる電気化学反応です。陽極と陰極には直流電流が流れ、水 (H20) は水素 (H2) と酸素 (O2) に分解されます。