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電気分解(でんきぶんかい)は、化合物に電圧をかけることで、電気化学的に酸化還元反応を引き起こし、化学分解する方法[外部リンク] 特許庁 標準技術集。略して電解ともいう。同じ原理に基づき、電気化学的な酸化還元反応によって物質を合成する方法は電解合成と呼ばれ、特に生成物が高分子となる場合は電解重合という。

塩素やアルミニウム、銅など、様々な化学物質が電気分解によって生産されている。水の電気分解は学校などで行われる代表的な化学実験であるとともに、将来的なエネルギーとして期待される水素を得る方法として、今日でも多方面から研究が進められている。

◆ 概要

液体中に 2 本の電極を浸し、電極の間に電圧をかけると、液体中の化学物質と電極との間で電子の受け渡しが起こり、結果として化学反応が進行する場合がある。このとき、電源の正極に接続した電極(アノード)では化学物質から電子が奪われて酸化が起こり、反対に負極に接続した電極(カソード)では化学物質に電子が与えられて還元が起こる。この結果、元の化学物質が化学分解する場合を電気分解という。電気分解で生成した物質は液体中に溶解したまま残ることもあるが、電極上に金属として析出したり、気体として発生したりして、液体から分離する場合もある。

電気分解を連続しておこすためには、反応した化学物質が電極から離れ、未反応の化学物質が電極近くへ運ばれて来る必要がある。このため、通常の電気分解は液体(電解液)中で行われる。電気分解用の液体は、分解したい化学物質を溶媒に溶かして溶液としたものや、高温にして融解させたものが使われる。後者の場合を特に溶融塩電解という。稀に水蒸気電解のように固体電解質を用いて気体を電気分解することも行われる[外部リンク] デンケン「エネルギーカスケード利用型固体電解質水蒸気電解装置の開発」。

電気分解では、電圧さえ十分に高くかけられれば、様々な物質の酸化や還元を引き起こせる。したがって、電気分解を利用すれば、天然では一般的に化合物として存在しているアルカリ金属や銅などの元素を、単体として取り出すことができる。この方法は電解精錬と呼ばれ、様々な金属の精錬に利用されている。

◆ 歴史

16世紀末にアレッサンドロ・ボルタによってボルタ電池が発明されると、化学反応への電気の利用の研究が開始された。1800年にはアンソニー・カーライル () とウィリアム・ニコルソン () が初めて水の電気分解に成功した。

水の電気分解に刺激されたハンフリー・デービーは1806年に「結合の電気化学的仮説」を発表し、翌1807年には水酸化カリウムの電気分解によってカリウム単体を得ることに成功した。さらにデービーは同じ手法でナトリウム・カルシウム・ストロンチウム・バリウム・マグネシウムを次々と発見した。

デービーの研究を引き継いだマイケル・ファラデーはさらに電気分解の研究を進め、ファラデーの電気分解の法則をはじめ様々な発見をし、電気化学の基礎を築いた。

◆ 要素

電気分解では、電気を流すための電極、電圧を印加するための直流電源、電気分解する物質を入れる電解槽(電解セル)が必要となる。電解液は分解したい物質を溶媒に溶かした溶液か、加熱して融解させた溶融塩が用いられる。

◇ 電極

電極のうち、電源の負極と接続するものを陰極(カソード)、正極と接続するものを陽極(アノード)と呼ぶ。電極の材質は電気分解の生成物や過電圧に大きな影響を与える。工業的には安価で安定な炭素電極が、実験用には炭素の他に腐食されにくい白金や金などの貴金属電極がよく使われる。有意な反応速度を得るためや、選択的な反応を起こすためにはしばしば電極触媒が必要となる。用途によってはガス拡散電極が使われることもあるhttp://www.nedo.go.jp/iinkai/kenkyuu/hyouka/15h/2/4-2-3.pdf。

◇ 電源電圧

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