电解是利用电能分解物质的方法,广泛应用于电镀和金属的精炼、燃料电池汽车中氢燃料的制备等,是工业领域中一项极为重要的技术。但是很少有人知道电解可以用于清洁的化学反应,对于今后实现循环型社会,有可能成为一种必要的技术。因此,本文将对利用电解的燃料电池和物质合成技术的现状,以及电解相关技术对削减CO2和降低环境负荷的贡献进行阐述。
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什么是电解
所谓电解,是指在电解液上施加电压,在电极上发生氧化还原反应,从而分解化合物的方法。
例如,在图1对氯化铜(II)的电解中,将电极浸在氯化铜(II)溶于水形成的CuCl2水溶液中并施加电压,阴极处析出金属铜,阳极处生成氯气。
广为人知的水电解,是将添加有硫酸的水作为电解液,在铂电极上施加电压,就可以把水分解成氧和氢。
图1. 氯化铜(II)水溶液的电解
来源:学校法人放送大学“3. 电解”
电解在工业上被用于电镀等。所谓电镀,就是在材料表面镀上一层金属膜的技术。
通过电镀,能够赋予材料防锈等性能,与使用具有同等防锈性的其他金属相比,有助于节省资源和能源。特别是,使用电解方法的电镀与在熔融的金属中浸渍的熔融电镀相比,由于不需要在高温下熔化金属,所以节能能源,而且电镀的膜很薄,可以节约资源。
电解也用于从矿石中提取金属的冶炼,从冶炼的金属中除去杂质以提高纯度的精炼,以及铜的提纯和铝锭的制造等。
尤其是铝的熔点高达2054℃,所以高温熔炉的材质很难选择,实际生产中电解以外的方法难以制造。
在这一点上,利用电解的金属冶炼与精炼,从节约资源、节能、安全性、环保的角度来看都具有优点[*3]。
利用电解的燃料电池
电解技术也被用于燃料电池汽车(FCV)和锅炉等搭载的以氢为燃料的燃料电池。
氢燃料电池应用了水电解的原理,通过电解的逆反应由氢和氧反应合成水从而制造电能。
与行驶中排放CO2的汽油等化石燃料不同,氢燃烧只排出水,不排出CO2,是一种清洁能源,(图2)。