Helmholtz 층과 전극 커패시턴스

1. 이상적인 전극의 거동

앞선 포스팅에서는 전극에서 전자가 흐르는 원리에 대해 간단히 서술하였다. 하지만 반응이 일어날 때 전극 표면에서 전자이동 말고도 다른 복잡한 과정들이 더 발생하는 것으로 알려져 있다. 그 중 중요한 것이 표면상의 커패시턴스인데 표면상의 커패시턴스에 대한 복합적인 분석이 새로운 견해를 주기도 한다. 

전극의 표면이 반응이 일어나기에 충분한 포텐셜을 가진다면 전자가 이동하여 반응이 진행되는 Faradaic Reaction 혹은 그 반대인 Nonfaradaic Reaction이 일어난다. 이때 전극은 비분극 되거나 분극 되는 경향을 보이는데, 전자가 이동 가능하여 반응물이 생성되면 비분극 반응이며 이 반대의 경우 분극 반응이다.

 

대부분의 전극은 분극-비분극의 사이 특성을 가지며 완전한 분극, 비분극 전극은 존재하지 않는다. 하지만 일부 포텐셜에서 일부 전극은 이상적인 거동을 보이기도 한다. KCl 수용액 + Ag전극에서는 완전 분극(반응이 안일어남) 현상이 만들어지기도 하고, Pt전극은 수전해에서 0.05V차이로 거의 완전 비분극 (반응이 엄청 잘일어남)이 되기도 한다. 에너지 손실 없이 완전 비분극 반응을 만들어 내는 것은 모든 수전해 과학자들의 염원이기도 하다.

 

2. 전극 표면 커패시턴스의 발생

이처럼 전극 표면에 전기장이 가해졌는데 전자가 반응물을 생성하는데 가지 않는다면 전자의 존재는 전하로서 표면에 쌓이게 되고 이는 수용액 속의 이온에도 똑같이 가해져 크기가 반대인 전하가 표면에서 발생하게 된다. qE = -qs

 

 

3. Helmholtz layer와 전기 이중층에 대하여