반전지(半電池, half-cell)는 전기화학 분야에서 사용되는 용어로, 전지(電池)를 구성하는 한쪽 절반을 의미한다. 구체적으로는 하나의 전극(電極)과 이를 둘러싼 전해질(電解質)로 이루어진 구조를 가리킨다. 영어 표현인 하프셀(half-cell) 또는 반쪽 전지라고도 불린다.
전기화학에서 반전지는 전도성 전극과 주변의 전도성 전해질이 자연적으로 발생하는 헬름홀츠 이중층(Helmholtz double layer)으로 분리되어 있는 구조이다. 이 이중층 내에서 일어나는 화학 반응은 전극과 전해질 사이에 전하를 이동시켜 전위차(電位差)를 발생시킨다.
일반적인 양극(애노드) 반응에서는 전극의 금속 원자가 용해되어 이중층을 가로질러 양이온으로 전해질에 운반된다. 이 과정에서 전해질이 순 양전하를 띠고 전극이 순 음전하를 띠게 된다. 증가하는 전위차는 이중층 내에 강한 전기장을 생성하며, 전위는 순 전하 이동 반응이 멈출 때까지 증가한다. 이러한 자기 제한 작용은 고립된 반전지에서 거의 즉시 발생한다.
실제 응용에서는 두 개의 서로 다른 반전지를 적절히 연결하여 갈바니 전지(galvanic cell)를 구성한다. 예를 들어 다니엘 전지(Daniel cell)는 아연(Zn) 반전지와 구리(Cu) 반전지가 염다리(salt bridge)로 연결된 구조이다. 아연 반전지에서는 산화 반응(Zn → Zn²⁺ + 2e⁻)이, 구리 반전지에서는 환원 반응(Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)이 일어난다.
표준 반전지는 298켈빈(25°C)에서 금속 이온 농도가 1몰 농도(1 mol/L)인 수용액에 금속 전극이 잠겨 있는 구조로 정의된다. 표준 수소 전극(SHE)의 경우 백금 전극이 수소 이온 농도 1M의 산성 용액에 담겨 있고, 1기압의 수소 기체가 용액에 주입되는 형태이다. 금속의 반응성과 밀접하게 관련된 전기화학 계열은 표준 수소 반전지를 기준으로 각 금속 반전지의 전위 차이를 측정하여 확립되었다.
반전지 개념은 전기화학의 기초 이론뿐만 아니라 배터리, 전극 전위 측정, 부식 연구 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 이차전지(충전식 배터리) 연구에서 활물질의 전기화학적 특성을 평가할 때 반쪽 전지(half-cell) 시험을 통해 개별 전극의 충·방전 거동을 분석하는 방법이 널리 사용된다.
