水を電気分解するのの何故、触媒が必要なのですか？

https://news.yahoo.co.jp/articles/8d4e6a0f5fa8b3 …
などでみると画期的な触媒が発明されたとあります。
水そのものは電圧をかければ常温で容易に分解します。触媒など無くてもあってもトータルで必要な電力量は変わらないため、触媒の有無はあまり関係ない気がするのですが、どのような場面を想定して触媒があったほうが良いと考えられているのでしょうか？

No.3 回答者： Zincer 回答日時： 2021/02/18 14:43

私も門外漢なので詳しい説明はできませんが、過電圧をなめてはいけません。

ここでは水素発生ということなので還元側の逆の例なのですが、電極に水銀を使って水酸化ナトリウム溶液を電気分解した場合、水素過電圧が非常に高いので金属ナトリウム（アマルガム状態）が生じる例もあるのです。
体験実験レベルならば還元側なので鉄板でも構わないのでしょうが、実用となるとそうはいきません。
しかも実用レベルではその生成速度（∝電流密度）も重要になってきます。
紹介ページの「１０倍以上」が何を比較した物かはわかりませんが凄い事なのでしょう？
＞ちょっと昇圧すれば克服できるような気がするのです。
できる・できないの問題ではなく、効率の問題です。
水素発生の場合、電流効率（流した電荷の何％が水素発生に使用されるか）は、前述した極端な例を除いてほぼ１００％となるでしょう。
しかし必要な電力（=電圧×電流）は間違いなく大きくなります。その分のエネルギーロスは避けたいものです。
※このエネルギーロスは溶液の抵抗によるローム損によるところが大きいと思われるので、溶液の過熱に使われることになるでしょう。

No.2 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2021/02/18 11:55

効率アップと安定化。

この回答へのお礼

回答いただきありがとうございます。
具体的にはどういったところで、どの程度の効率化や安定化が期待できるのでしょうか？
触媒の場合、エネルギー保存則を逸脱しませんので効率についても使ったエネルギーはそのまま電気分解に使われますので効率化や安定化というのがよくわからないのです。

お礼日時：2021/02/18 13:57

No.1 回答者： Zincer 回答日時： 2021/02/18 11:27

ご存知のように化学反応には活性化エネルギーがあり、その障壁を超える必要があります。

電気分解では活性化エネルギーなどは過電圧として存在するので、それだけ余計に電圧をかけなければいけなくなるのです。
つまり活性化エネルギーを小さくする働きをもつ触媒は実用レベルでは必要となります。

この回答へのお礼

回答いただきありがとうございます。
その過電圧分についてですが昨今の半導体技術を使えばそこまで問題になるとは思えないのです。実際、触媒によるメリットはそんなに大きいのでしょうか？
もちろん、マイクロボルトを扱うような分野なら分かるのですが、水の電気分解をするような場合にはそもそもが大きな電圧を扱っているような分野ですしそこまでの大きなメリットがあるとも思えないのです。ちょっと昇圧すれば克服できるような気がするのです。

お礼日時：2021/02/18 13:56