水電解による水素と酸素の生成 - 目指せ！電気主任技術者～解説ノート～

水を電気分解して水素と酸素を得る方法は水電解と呼ばれ，クリーンな二次エネルギーとして注目されている水素を得る一つの方法である。

この水電解のカソードでは還元反応が起こり，水素が発生する。

2H₂O → 2H₂ + O₂

電解質としては固体高分子イオン交換膜を利用するものも開発されているが，古くからアルカリ水溶液（例えば，水酸化ナトリウム水溶液）を用いるものが工業的に実施されている。

［陰極］ 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

［陽極］ 4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e^-

この理論分解電圧は 25 [°C] で約 1.2 [V] であるが，実際には電解槽電圧はこの値より高く設定される。

一般に，電気化学システムでは，反応に関与する物質の量は用いられた電気量と密接な関係がある。

陰極又は陽極で変化する物質の量は，流した電気量に比例することをファラデーの電気分解の法則，電子 1 mol のもつ電気量の大きさをファラデー定数 : $F$ といい，

$F$ = 9.65 × 10⁴ C/mol

である。

水素の生成量は，理論上流れた電気量に比例するが，この理論値よりも実際に用いられる電気量の方が大きい。

電解法による水素製造

電解法には，アルカリ水電解法，固体高分子形（Proton Exchange Membrane, PEM）水電解法，固体酸化物形水電解セル（Solid Oxide Electrolyser Cell, SOEC），アニオン交換膜（Anion Exchange Membrane, AEM）水電解法などがある。

アルカリ水電解法と固体高分子形水電解法は，既に商品化されているが，SOEC は実証レベルにあり，AEM は技術開発段階にある。