rewi 스토어

rewi

개인

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

6개
전체 판매량

33개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

평균A
자료문의 응답률

-

전체자료 6개

인하대 공업화학실험 유기 합성 예비보고서 평가B괜찮아요

Reduction of 4-Chlorobenzaldehyde with NaBH4실험 조:작성자:학번:실험 일자 :제출 일자 :담당 조교 이름 :“나는 자랑스런 인하인으로, 스스로의 힘으로 정직하게 레포트를 작성하였습니다.” + 이름 + 서명________________________________________________________________________________________________________________________실험 목적: 4-chlorobenzaldehyde를 NaBH4로 환원시키는 메커니즘을 이해하고 GC(gas Chromatography)를 통해 반응물의 시간에 따른 농도 그래프를 얻는다. 이 그래프로부터 반응 속도 상수(k)와 반응 차수(n)를 계산함으로써 반응속도를 예측해 본다. 또한 TLC(Thin Layer Chromatography)를 통해 환원된 생성 물질을 확인한다.실험 이론산화 환원 반응(Oxidation, Reduction reaction): 영어로는 레독스(redox) 반응이라고 일컬어진다. 산화는 화학 반응이 진행되었을 때 수소를 주거나 산소를 받는 물질의 반응으로, 산화가 일어난다면 반대로 산화 과정으로부터 수소를 받고 산소를 주는 물질이 필요하게 되며 이 물질은 환원 과정을 거친다. 이때 산화 또는 환원 과정이 하나라도 존재한다면 서로 다른 과정이 반드시 수반되며 이러한 특징을 산화 환원의 동시성(Simultaneity)이라고 한다. 다른 물질의 산소를 뺏거나 전자 또는 수소를 내줌으로써 자기 자신은 산화 과정을 거치는 물질을 환원제라 한다. 상대 물질은 환원 과정을 거치게 된다. 상대 물질을 산화시키며 자기 자신은 환원 과정을 거치는 물질을 산화제라 한다. 한편 산화제 환원제는 상대적인 개념임을 인지하고 있어야 한다. 산화제라고 알고 있는 물질이 더 강한 산화제에 의해 환원제로서 작용할 수도 있고, 그 반대로 작용할 수 있기 때문이다.카보닐 화합물의 환원 메커니즘(Reduction mecha전자는 친핵체의 공격에 의해 결합이 끊어져 산소 원자로 이동하여 –전하를 띄는 상태로 존재한다. 이러한 음으로 하전된 카보닐 산소는 용매에 의해 양성자 하나를 공급받아 생성되는 분자를 중성이 되도록 하며 이때 알코올이 생성된다. 평면 구조를 가지는 카보닐 탄소에 대한 칙핵체의 공격은 양쪽에서 가능하며 탄소와 결합한 원소가 모두 다르면 라셈화(racemization)을 일으킨다. 실험에서는 4-chlorobenzaldehyde을 사용하므로 라셈화가 진행되지 않고 단일 생성물이 만들어진다.한편 환원제로서 간단한 LiH와 NaH같은 화합물보다 LiAlH4와 NaBH4은 에탄올 같은 유기용매에서 잘 섞여 녹는다. 실험에서는 4-chlorobenzaldehyde의 시간에 따른 농도 변화를 측정하여 반응 속도를 측정할 것이므로 강한 환원제인 LiAlH4를 사용하여 급격한 농도 변화를 일으키기 보단 약한 환원제인 NaBH4을 사용하여 시간에 따른 완만한 농도 변화를 측정하기 위함이다. NaBH4은 수소 원자가 붕소에 결합되어 있어 반응성이 극단적으로 낮아지므로 이때 에탄올 유기 용매를 사용하여 원할한 반응이 진행되도록 한다.분석기기 GC, LC, IR, NMR의 원리 (Principles of chemical analysis equipment: GC, LC, IR, NMR): 크로마토그래피 방법에는 이동상의 종류에 따라 크게 GC, LC로 구분된다.GC(Gas Chromatography): GC는 이동상이 기체이며 이때 시료의 휘발성에 의한 낮은 분자량을 가지고 있다. 운반 기체에 의한 분리 시 고정상과 시료의 화학적 친화력이 존재하고 끓는점 차에 의한 분리가 가능한 크로마토그래피 방법이다. 주로 빠른 시간에 내에 분석이 가능하며 높은 분리능을 통해 다 성분 분석이 가능하다. 또한 높은 정량 재현성을 가진다.GC는 주입구(Injector), 컬럼(Column), 검출기(Detector), 데이터 시스템(data system)으로 구성되어 있다. 주입구에는 분석하고자 하는 C 시스템과 마찬가지로 고정상과 시료 및 이동상과의 상호작용의 정도에 따라 시료 성분의 분리에 영향을 미친다. 다만 휘발성 기체에 따라 분자량이 작은 시료를 사용하는 GC와는 달리 LC는 시료의 용해성이 적용되어 분석 가능한 분자량의 제한이 없다. 또한 분석 시료의 회수가 가능하다는 장점이 존재한다.LC 시스템은 일반적으로 이동상 중의 용존산소, 질소, 기포 등을 제거하기 위한 탈기장치(Degasser), 이동상인 용매(Eluents)를 운송하기 위한 고압 펌프(pump), 시료를 주입하기 위한 주입장치(Injector), 혼합된 시료의 분배가 일어나는 컬럼(Column), 성분의 검출을 위한 검출기(Detector), 기기제어 및 시그널 수집 분석하는 제어시스템(Integrator)이 존재한다.IR: 시료에 전자기파 중 적외선 영역을 다루는 분광법으로, 시료에 적외선 파장의 빛을 조삼함으로써 쌍극자 모멘트가 변화하는 분자 골격의 진동과 회전에 대응하는 에너지의 흡수를 비교, 측정하는 분석법이다.NMR: 핵자기공명 분광법으로, 배향된 핵들에 적절한 진동수의 전자복사선을 조사하면 에너지 흡수가 일어나 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 올라간다. 이때 스핀 젖힘이 발생하는데, 이 과정에서 핵은 가해준 특정 주파수의 복사선(전자기파)과 공명을 이루어 반응하며 그 반응을 통해 시료의 물리적, 화학적 성질을 분석하기 위한 방법이다.TLC (Thin Layer Chromatography): 유기화학 실험에서 생성 물질의 존재를 파악하기 위한 크로마토그래피 방법. 얇은 유리나 플라스틱 표면 위에 실리카겔이나 약간의 황화칼슘 또는 알루미나 가루를 입힌 얇은 막을 고정상으로 사용하고 이동상은 주로 아세톤(ethyl acetate)같은 무극성 용매를 사용한다. 이때 정상상 TLC란 극성 판에 비극성 용매를 전개시키는 것이며 역상 TLC는 비극성 판에 극성 용매를 전개시키는 크로마토그래피 방법이다. TLC는 시료 물질이 비휘발성이거나 저휘발성일 경우 사용할 수 있으며 그 학: 결정 내로 입사된 HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%91%EC%8A%A4%EC%84%A0" o "엑스선" 엑스선의 HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9A%8C%EC%A0%88" o "회절" 회절을 이용해 HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B2%B0%EC%A0%95" o "결정" 결정의 HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9B%90%EC%9E%90" o "원자" 원자, HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B6%84%EC%9E%90" o "분자" 분자 구조를 밝혀내는데 이용된다. 회절된 광선들의 각, 세기를 측정하면서 HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B2%B0%EC%A0%95%ED%95%99" o "결정학" 결정학은 결정 내의 전자 밀도의 3차원의 그림을 만들어 낼 수 있다. 이러한 전자밀도로부터 결정 내의 원자의 평균 위치, HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%99%94%ED%95%99_%EA%B2%B0%ED%95%A9" o "화학 결합" 화학 결합, HYPERLINK "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%94%ED%8A%B8%EB%A1%9C%ED%94%BC" o "엔트로피" 엔트로피 등을 파악할 수 있다.반응속도 정의 (Definition of a reaction rate(-rA)): 의 화학 반응이 존재한다고 하면, 반응 물질 A가 소모되어 생성 물질 P로 가는 화학 반응이 진응속도는 소모 분자 개수를 단위 시간 및 단위 부피로 나눈 값이 되며 로 나타낼 수 있다. 도시된 그래프에서는 특정 시간에 대한 기울기가 화학종 A의 반응속도이다. 반응이 일정 부피의 반응기에서 일어난다고 가정하면 수 m을 결정할 수 있다.표준용액을 이용한 검량선 그리기내부표준법: 내부표준법은 정량하려는 성분의 순물질 일정량에 내부표준물질의 일정량을 가한 혼합시료의 크로마토그램을 기록하여 피크의 넓이를 측정한다. X축에 정량하려는 성분량과 내부표준물질의 비를 취하고 분석 시료의 크로마토그램에서 측정한 정량할 성분의 피크 넓이와 표준물질의 피크넓이의 비를 Y축에 취하여 검량선을 작성한다. 이 방법은 주입된 양을 정확히 측정 할 필요가 없고 검출기의 반응이 변하더라도 넓이의 비에는 영향을 미치지 않는다.외부표준법: 표준물질에 대한 크로마토그램을 얻고 피크 높이나 면적을 함수로 도시한다. 데이터들의 도시는 원점을 지나는 직선을 얻고, 분석은 이 도시에 의거한다. 측정된 넓이와 성분량과의 관계를 구하는 다양한 정량법 중에 외부표준법은 정량하려는 성분으로 된 순물질을 단계적으로 취하여 크로마토그램을 기록하고 피크의 면적 또는 높이를 구한다. 이것으로부터 성분량을 x축에 피크의 넓이를 y축에 취하여 검량선을 작성한다. 이때 주입된 시료의 양을 정확히 알아야 하며 검출기의 감도가 분석할 때마다 다르므로 항상 새로 검량선을 만들 필요성이 있다..빈칸 채우기4-NitrobenzaldehydeSodiumborohydrideEthanol(Solvent)4-Nitrobenzyl alcoholFW151.12g/mol37.83g/mol46.07 g/mol153.14g/molWt.200mg49.94mg20 mL202.60mgmmol1.3231.32342.521.323Eq.11259.481실험 방법1) 4-Nitrobenzaldehyde 표준용액을 만든다.2) GC를 이용하여 4-Nitrobenzaldehyde의 농도 표준 곡선을 만든다.3) 잘 건조된 플라스크를 준비한다.4) 4-Nitrobenzaldehyde와 Ethanol(solvent), NaBH4의 양을 계산한 후 저울을 이용하여 무게를 측정하여 순서대로 넣고 교반을 시킨다.5) 30분간 교반시키며 5분 간격으로 소량의 샘플을 채취해 GC올 것.

공학/기술| 2018.09.25| 7페이지| 1,000원| 조회(212)

유기, 인하대, 공업화학실험, 합성, 유기 합성

미리보기

닫기
인하대 공업화학실험 PEMFC/DSSC 예비 보고서 평가A좋아요

PEMFC / DSSC 실험PEMFC / DSSC Experiment실험 조:작성자:학번:실험 일자:제출 일자:담당 조교 이름:“나는 자랑스런 인하인으로, 스스로의 힘으로 정직하게 레포트를 작성하였습니다.” + 이름 + 서명________________________________________________________________________________________________________________________실험 목적PEMFC의 성능 측정을 통하여 분극 곡선을 그려보고 전기화학적 의미를 알아본다.직접 염료감응 태양전지를 제작 해보고 성능 평가를 통해 태양전지를 이해한다.실험 이론연료 전지의 정의와 기본원리 및 구조: 연료 전지란 연료가 되는 물질이 anode인 연료극이 되고 이때 산화-환원 반응에 의해 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 전지이다. 다시 말해, 연료 물질로 쓰이는 화학적 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 전기화학적 장치가 되며 이때 발생하는 전기에너지를 통해 목적성에 부합한 일을 하게 된다. 연료극(anode)의 물질은 전자를 방출하여 이온 형태를 가지는 산화 과정을 거치고, 방출된 전자는 외부 도선을 따라 이동한다. cathode로 이동한 전자는 산소 분자와 수소 이온과 결합해 물이 되는 환원 과정이 일어나는 메커니즘을 가진다. 다른 연료 전지도 이와 같은 산화-환원 메커니즘에 의해 전기적 에너지를 얻으며, 주로 수소 연료전지(PEMFC)뿐만 아니라 인산염(PAFC), 탄산염(MCFC), 고체 산화물(SOFC), 메탄올(DMFC) 전지 등이 연료전지로 활용된다.고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 정의와 특징: 기존의 연료전지의 원리에서, anode인 연료극에서 수소가 전자를 방출하여 수소 이온으로 산화되고 cathode인 공기극에서 산소와 수소 이온과 전자가 결합하여 물이 생성되는 연료전지이다. 주로 산화 연료극으로 Pt/Ru 촉매를 함유하는 다공성 탄소 전극을, 환원 전극으로 Pt 촉매를 함유하는 다공성 원소인 F이 긴 탄소 골격에 걸쳐 결합한 고분자 물질로써 가장 끝 단에 결합된 SO3-이 친수성 작용을 하게 되므로 수분을 끌어당긴다. 수소 이온은 이러한 Nafion의 수로를 통해 확산될 수 있어야 하므로 Nafion에는 일정치 이상의 습도가 유지되어야 한다. 이러한 이유로 물이 증발되어 기화되는 100°C 이상에서 사용할 수 없다. 또한 습도가 너무 높아 물이 많아지게 되면 수소 이온이 이동하는 채널을 막게 되어 물질 전달이 방해 받는 플러딩(flooding)이 발생하므로 PEMFC의 성능에 큰 영향을 미친다.Three Phase boundary(3상계면): Three Phase boundary(TPB)란 세 개의 다른 상이 접촉하고 있는 지점을 말한다. 연료 전지 분야에서의 3개의 상이란 각각 전해질(electrolyte), 전극(electrode), 기체 연료(gaseous fuel)를 언급한다. 연료 물질이 가지는 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 연료 전지의 전기화학적 반응은 이러한 3개의 상이 접하고 있는 부분에서 발생하므로 3상계면은 전지의 활성화된 부분이라 간주될 수 있다. 즉, 반응 속도론적 관점에서 3상계면은 전지의 성능과 연관이 큰 제한 요소이며, 따라서 3상계면의 밀도를 증가시키게 되면 반응 속도를 증가시키므로 전지의 성능을 높일 수 있다. 3상계면 밀도(TPB density)는 연료 전지의 산화-환원 반응 속도에 영향을 주게 되고, 3상계면의 이동은 반응 속도에 영향을 미치므로 반응물로부터 생성물을 얻는 그 경로를 파악하고 최적화하게 된다면 반응 속도를 높일 수 있다. 한편, FIB-SEM을 이용한 3D 투영 기술을 통해 TPB density를 측정하여 전지 활성도를 파악한다. 최근에는 infiltration을 이용한 프로세스를 통해 TPB density를 상당히 증가시키는 기술이 대두되었으며 이것은 높은 효율뿐만 아니라 상업적으로 이용 가능한 연료 전지를 이끌었다.연료전지의 성능을 개선시키는 방법에 대해서 기술 하시오.: FIB-노튜브, 미세 채널 반응기 등 연료 공급에 대한 수소 저장 기술이 개발되었다.태양전지의 종류와 특징무기물 태양전지(inorganic solar cell): 실리콘 계열 태양전지가 여기에 속하며 CdTe, GaAs, CiGS와 같은 반도체 태양전지가 포함된다. P-N 접합에 의한 태양전지를 제조하며 P형 반도체의 양공과 N형 반도체의 전자가 전달체로서 역할을 한다.염료감응 태양전지(DSSC; dye-sensitized solar cell): 전극 표면에 흡착된 염료 분자가 특정 파장대의 빛을 흡수하면 염료 분자는 전자-양공 쌍을 생성하여 전자를 제공하며 이러한 전자는 산화물 전극으로 주입되어 나노 입자간 계면을 통해 투명 전도성 막으로 이동함으로써 전류를 발생시킨다. 산화-환원 메커니즘에 의해 양공이 존재하는 염료 분자는 전해질로부터 전자를 받아 다시 환원된다.유기물 태양전지(organic solar cell): 전자 주개의 특성과 전자 받개의 특성을 갖는 유기물로 구성되어 있어, 빛을 흡수하면 전자-양공 쌍을 생성하여 전자는 전자 받개로 이동하고 양공은 전자 주개로 이동하여 전류가 발생된다.염료 감응형 태양전지 DSSC(Dye sensitized Solar Cell)의 정의와 기본원리, 구조: DSSC(Dye-Sencitized Solat Cell)란 염료감응형 태양전지로, 금속산화물인 TiO2 표면에 특수한 염료를 흡착시키고, 흡착된 특수 염료가 태양빛을 흡수해 광-전기화학적 반응을 일으키는 고효율 전지이다. 식물의 광합성과 가장 흡사한 원리로 동작하는 태양 전지이다.일반적인 DDSC는 나노 사이즈의 다공질 TiO2에 일반적으로 황화카드뮴(CdS)를 흡착시켜 만든다. 흡착시킨 염료 분자는 가시광선 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하는 색소 분자로, 흡수한 빛에 의해 들뜬 상태가 되어 전자를 방출하게 된다. 이 방출된 전자는 TiO2 전도대(conduction band)로 도약하게 되고 다공질 TiO2의 막을 통해 확산되어 전극까지 도달하게 된다. 반대로 전자으며 효율 η=Pout/Pin으로 구할 수 있다. 표준 시험 조건(STC; Standard Test Condition)인 1000W/m2의 일조 강도와 태양전지 표면 온도 25℃에서 발생하는 출력 전력을 통해 변환 효율을 측정한다.1 Sun: 기본적으로 태양전지의 성능은 얼마나 많은 양의 전자가 태양 전지에 조사된 광자에 의해서 생성되는가를 통해 평가하고, 이때 1000W/m2의 세기를 갖는 태양광이 태양전지에 수직으로 조사되는 조건을 1 Sun 조건이라고 한다. 이것을 태양전지 성능 평가의 기준으로 삼는다.AM: air Mass를 뜻하며, 태양광이 지표면에 도달하기 전까지 통과하여야 하는 대기의 일부분이다. 태양광은 지구 표면에 도달하려면 오존층 및 수증기나 구름, 먼지 등에 의해 흡수되어 감쇠된다. 또한 빛이 대기권을 통과하는 거리가 길면 감쇠가 커지고 태양과 지표면과의 각도에도 관계가 존재한다. 이때 AM 0이란 지구 대기권 밖의 스펙트럼이고, AM 1이란 태양이 천정에 있을 때 해발 0m에서 쾌청한 상태에서 스펙트럼을 표준화한 에너지 값으로, 약 925W/m2이다. 국내의 경우 겨울 청정 시 정오의 스펙트럼 값은 1.5가 되며 태양전지의 성능을 나타내는 값으로, 보통 모듈 성능을 표시할 때 측정 조건 AM 1.5 등으로 표시하여 나타낸다.Fermi level, LUMO, HOMO의 정의Fermi level: 페르미 준위란 (1) 임의 온도에서 전자가 채워질 확률이 1/2가 되는 에너지 준위, 또는 (2) 0K에서 전자가 가질 수 있는 최대 에너지 준위 두 가지 측면에서 정의된다. (1)의 정의에 의해서 이보다 낮은 에너지 준위에서는 전자로 채워지기 쉬운 경향을 보이고, 페르미 준위보다 높은 에너지 준위에서는 전자가 이동하려는 경향이 존재한다. 입자 내 전자들은 온도에 따라서 가질 수 있는 에너지 준위가 달라지고 한편, 수많은 전자들이 정확히 어떠한 위치 또는 준위에 존재한다는 것은 정확히 규명할 수 없으므로 확률의 개념으로써 페르미-디랙 분포(Fermi다. 마찬가지로 DSSC 또한 많은 연구가 진행되었지만 10% 정도의 낮은 모듈 효율을 보이고 있으며 액체 전해질의 누수와 용매 증발로 인한 낮은 내구성 개선을 위해 힘을 쓰고 있지만 상용화 단계에는 미치지 못하였다. 한편, 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지는 ABX3 구조를 가지는 적층 물질을 이용한 태양전지로, 20%의 효율에 진입하는 효율 향상을 보였다. 이것은 높은 광 흡수율과 단순한 제조공정, 낮은 원가, 유연성 등의 장점을 통해 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로서의 입지를 가지게 되었다.태양전지는 그 원천 에너지가 태양광이므로 이것을 이용할 수 있는 분야가 무궁무진하다. 태양광 발전사업을 통해 전기를 지속적으로 생산할 수 있다. 한편 개인 주택뿐만 아니라 아파트에서 사용되는 태양광 패널을 통해 전기를 세대별로 생산 및 사용하여 전기 비를 절약할 수 있다. 또한 태양광 가로등과 같이, 낮 시간 동안에 전기에너지로 변환, 축적하고 밤 시간 대에 사용하게 되는 시설물로 사용되고 있다. 이밖에 전기 자동차 충전, 스마트폰 충전 등의 충전 용도로서 사용되며 포터블 기기(portable device)에 태양전지가 접목되어 활용된다.실험 방법수소 연료 전지(PEMFC): Station 장치의 전원을 키고 산화-환원이 일어나는 물질인 수소와 산소 가스를 적정 유량 공급하면서 70°C까지 온도를 높힌다. 구성한 연료전지 cell을 로드기 장치에 연결한 후 온도가 70°C에 도달하면 로드기 전원을 킨다. 이때 전류를 0A에서부터 일정량씩 꾸준히 증가시키면서 전압이 0.3V가 될 때까지 전류 변화에 따른 전압 변화를 측정한다. 전류에 해당하는 전압 데이터를 plot하여 전류-전압 곡선을 얻고 polarization curve를 그린다.염료감응 태양전지(DSSC): 구성한 cell의 성능 비교를 위해 3가지 parameter인 기준 cell 대비 면적, 염료 및 전해질 농도 변수를 설정한다. ITO 유리판을 4개 준비하고 멀티미터를 통해 전도성 면을 5p

공학/기술| 2018.09.25| 8페이지| 1,000원| 조회(265)

인하대, 예비보고서, 예비, 공업화학실험, DSSC, PEMFC

미리보기

닫기
인하대 공업화학실험 전기변색소자 예비 보고서

전기변색소자(Electrochromic Device)실험 조:작성자:학번:실험 일자:제출 일자:담당 조교 이름:“나는 자랑스런 인하인으로, 스스로의 힘으로 정직하게 레포트를 작성하였습니다.” + 이름 + 서명________________________________________________________________________________________________________________________실험 목적: 전기증착법(electrodeposition)을 통하여 기판 (ITO glass) 위에 산화 텅스텐(WO3) 박막을 합성하고, 순환전압전류법(Cyclic Voltammetry)을 통하여 합성된 박막의 전기적 특성을 파악하여 전기변색소자 장치 (electrochromic device)의 원리를 이해한다.실험 이론전기증착(Electrodeposition)이란?: 전기 도금(electroplationg)은 전해질 용액에 용해된 금속 양이온을 감소시키는 전기적인 힘, 즉 전류를 사용함으로써 이온을 석출시켜 전극에 얇은 일정한 금속 코팅을 형성하는 것이다. 전기증착이란 이러한 전기 도금을 하는 일련의 과정을 총괄하며 전극을 합성하는 데에 주로 언급된다. 이러한 용어는 고체 기질에 있는 음이온의 전기적 산화에서 사용된다. 이것은 주로 목적 대상의 표면 특성을 바꾸기 위함인데 가령, 표면의 마찰 또는 마모, 저항을 입히거나 침식에 의한 보호, 매끈함, 또는 심미적인 질을 높이기 위해 사용한다. 또한 축소된 부분의 두께 증대를 위해, 전기적 형성에 의한 물체의 형성을 위해 사용된다.전기증착은 반대로 작용하는 농도 셀(concentration cell)에 비유할 수 있는데, 도금될 부분이 회로의 음극(cathode)에 놓인다. 두 전극은 하나 혹은 그 이상을 포함하는 금속염(metal salt), 또는 전류를 투과하는 다른 이온들을 포함하는 전해질이라고 불리는 용액에 담긴다. 전압이 양극에 직류로써 공급되며, 이때 용액 안에 용해되어 있는 금속 원자들에서 보충되는 것이다.인터칼레이션 / 디인터칼레이션 (Intercalation / deintercalation) 이란?인터칼레이션: 물질의 입체 구조에 따라 층을 가질 수 있는데 이러한 층 간격 사이에 이온 또는 분자가 삽입되는 가역적 과정을 인터칼레이션이라 한다. 층간 삽입화합물이라고도 하며 대부분의 결정성을 가지는 물질은 많은 사이 공간(interstitial space)이 존재한다. 가장 유명한 대표적인 인터칼레이션을 발생시키는 재료는 그래파이트(graphite)인데, 이것은 층과 층 사이가 van der Waals에 의해 붙어 있다. 이 층간 공간에 이온이나 분자에 의한 인터칼레이션이 일어나며 이것은 에너지가 수반되는van der Waals 갭(gap)을 넓힌다. 보통 이러한 에너지는 주 고체와 게스트(guest) 분자간의 전하 이동, 즉 산화-환원에 의해 공급된다.디인터칼레이션: 인터칼레이션 과정이 반대로 일어나는 것을 디인터칼레이션이라고 한다. 디인터칼레이션이 진행되면 층간 또는 사이 공간의 이온 또는 분자가 결정에서 빠져 나오고, 전자는 외부 도선을 빠져 나오게 된다. 전자의 이동이 발생하므로 이 과정 중에 전류가 발생하여 이것을 이용해 전기에너지를 생산할 수 있다.순환 전압 전류법 (Cyclic Voltammetry or Cyclic Voltammogram), 선형주사 전압-전류법(Linear Sweep Voltammetry) 이란? (정의, 원리, 분석 목적, 해석 방법 등)순환 전압 전류법: 순환 전압 전류법(Cyclic voltammetry)은 작업 전극(working electrode)의 전위를 한 방향으로 주사했다가 어느 지점에서 주사 방향을 반대로 인가하며 전류의 변화를 기록하는 방법. 인가하는 전압을 x축으로 정하고 전압 변화에 따라 얻은 전류를 y축으로 설정하여 얻은 그래프를 전압전류곡선(voltammogram)이라고 하며 선형주사 전압-전류법에서도 쓰인다.전위를 반대 방향으로 주사하는 것이 LSV와 큰 차이점으로 볼 수 있다. 역선은 볼 수 없다. 만약, 전극 표면에서 전자 전달 반응이 충분히 빠르게 일어나지 않는다면 peak와 trough부분은 옆으로 이동하는 현상을 보이며 결과적으로 △E값이 증가한다. △E값의 변화를 관찰함으로써 전극 표면에서 전하의 이동 속도에 대한 정보를 얻을 수 있다.CV 실험을 통해 정성분석에 대한 정보를 얻을 수 있고 반응물이 가역적 또는 비가역적으로 반응하는지에 대한 여부를 판단할 수 있으며 전압을 주사하면서 peak가 나타나는 즉, 산화 또는 환원 반응이 일어나는 전위값을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라 반응 중간 생성물이 존재 여부에 대한 정보를 얻을 수 있으며, 전류가 반응물의 농도에 비례하므로 농도 vs. 전류의 검정 곡선(calibration curve)를 그림으로써 농도를 알 수 없는 물질의 농도를 유추할 수 있다.선형주사 전압-전류법: LSV(linear Sweep Voltammetry)라고 하며 작업 전극(working electrode)의 전위를 초기 전위에서 최종전위까지 (+) 또는 (-)방향으로 일정한 속도로 주사(sweep)할 때 특정 전위에서 산화 또는 환원이 일어나고 그 결과 발생한 전류가 전지(cell)를 통해 흐르게 된다. 이때 가해진 전압에 따른 전류값을 시간에 따라 측정하는 방법으로 LSV 실험법은 CV 실험의 반쪽만 실행하는 실험이라고 간주할 수 있다. LSV의 voltammogram은 전압을 인가함에 따라 전류가 점차 증가하다가 최대 값이 이른 후에는 전압을 더 많이 인가하더라도 전류는 증가하지 않고 감소하는 모양을 띄는데, 이것은 전극과 용액 계면에서의 반응 종의 농도 변화에 따른 것이다. 예를 들어, 작업전극에 (-) 방향의 전압을 지속적으로 걸어 주면 특정 전압에서 전극과 용액 계면에 존재하던 원소가 전극으로부터 전자를 받아 환원되고 전극에 전압이 지속적으로 빠르게 공급되면 환원반응은 더 많이 일어 감소나게 된다. 이때 전극과 용액 계면에 존재하는 원소의 농도는 점점 감소하게 되고 원소가 일정한 농도로 풍부하게 존 된다.산화 또는 환원이 일어나는 전압은 화학종에 따라 다르기 때문에 E1/2(half-wave potential)을 앎으로써 정성분석이 가능하며, 전류의 크기는 반응에 참여한 화학종의 농도에 비례하므로 정량분석 또한 가능하다. 반응이 가역적인 프로세스를 통해 일어나지 않는다면 CV실험이 LSV보다 더 많은 정보를 주는 것이 아니므로 LSV 실험을 하게 된다.3원전극시스템(3 electrode system)과 각 전극의 역할과 기준전극의 종류를 쓰시오.: 3 electrode system이란 작업 전극에서 반대 전극으로 산화-환원 반응이 일어나면서 지나갈 때 일정한 전압을 유지시키는게 극도로 어려운 2 electrode system의 단점을 보완한 시스템. 기존 2 electrode system의 통합적 역할이었던 전자의 공급과 기준 전압을 제공하는 것을 각각 두 전극으로 나누어 배분한 것이며 기준 전극(reference electrode), 작업 전극(working electrode), 반대 전극(counter electrode)이 존재한다. 작업 전극은 전지 반응이 일어나는 곳이며 산화, 환원 반응에 의존하여 각각 양극, 음극으로 불린다. 반대 전극은 작업 전극과 반대의 역할로서 작용하여, 가령 작업 전극이 양극이라면 반대전극은 음극이다. 기준 전극은 환원 전위값이 알려진 반쪽짜리 전극이며, 그 역할은 기준 전극으로서 전류가 흐르는 어느 곳에서나 작업 전극의 전압을 측정하고 산화환원 반응의 대상물질들을 일정한 농도로 조절하는 것이다. 기준전극은 기준 물질에 따라 표준수소전극(SHE), 은-염화은(Ag/AgCl) 전극, 팔라듐-수소전극(PHE), 수은-황전극(MSE) 등이 있으며, 수소의 활성도(activity), 농도, pH에 따라 SHE, HYPERLINK "https://en.wikipedia.org/wiki/Normal_hydrogen_electrode" o "Normal hydrogen electrode" Normal hydrogen electro생활에 활용한 예를 2개 이상 쓰시오.: 유리에 전기변색소자를 사용함으로써 광투과도, 반사도 등을 조절할 수 있다. 이러한 조절을 통해 색이 바뀌는 변색 거울이나 스마트 윈도우, 적외선 차단효과를 주는 목적성에 부합한 자동차 유리 등에 활용될 수 있다. 또한 물품이나 물건 등의 전자가격표시장치에 사용될 수 있으며, 디스플레이에 접목되어 전기변색소자가 사용되면 반사형 디스플레이, 투명 디스플레이를 제작할 수 있다.실험 방법전기증착용 전해질 합성W + H2O2: 텅스텐이 모두 반응하고 용액이 투명해 질 때까지 실행(2W + 3H2O2 → 2WO3 + 3O2)AO Disk를 이용해서 미 반응 과산화수소를 제거해 준다(기포발생이 없을 때 까지)(2H2O2 [+AO Disk] → 2H2O + O2): 발열반응이므로 주의!3) WO3+H2O를 0.1M이 되게 맞춘다.Working Electrode(ITO glass) 준비1) 준비된 ITO glass에 부착된 오염물질 및 유기물질의 제거: Iso propanol : acetone = 1 : 1의 비율로 비커에 채우고 ITO glass를 세척한다. (Ultra sonic 이용)2) 증류수와 킴테크를 이용해서 ITO glass를 다시 한 번 닦는 과정을 통해 먼지와 물기를 제거하고 multimeter를 이용해서 전기증착이 이루어진 면을 확인한다. (증착된 면에서 “삐”소리 발생)3) 증착된 면을 알아볼 수 있도록 표시한 다음 Petri Dish에 보관해 둔다.전기화학반응1) LSV(Linear sweep voltammetry)- 전기변색현상이 일어나는 Point의 확인을 위해서 실시한다.- 전압범위 : –1.0 ~ 0.6V- 변색현상이 나타나는 부분에서 전류흐름의 변동 발생- 전기증착을 실행할 전압Point 결정(여러개)2) CA(Chronoamperometry) - 전압일정- 전기증착반응(ITO + WO3)-LSV에서 정한 전압에서 전기증착을 실시한다.3) CV(Cyclic voltammetry)- 전기증착을 시킨 전극으로

공학/기술| 2018.09.25| 5페이지| 1,000원| 조회(226)

전기, 인하대, 예비보고서, 예비, 공업화학실험, 전기변색, 전기변색소자, 변색, 변색..

미리보기

닫기
인하대 공업화학실험 패터닝 예비 보고서 평가A+최고예요

Patterning and treatment of SiO2 thin films실험 조:작성자:학번:실험 일자 :제출 일자 :담당 조교 이름“나는 자랑스런 인하인으로, 스스로의 힘으로 정직하게 레포트를 작성하였습니다.” + 이름 + 서명________________________________________________________________________________________________________________________실험 목적마스크(Mask)에 의해 만들어지는 패턴이 얇은 필름에 새겨지는 과정을 이해하고, 패터닝(patterning)된 필름을 평가, 및 식각(etching) 전과 후의 두께 변화를 측정한다.실험 방법산화막(SiO2)의 패터닝(patterning) - Lithography 공정 (조교가 수행)패턴된 산화막의 표면 색깔과 패턴 모양 관찰 - 광학 현미경 사용패턴된 산화막을 반응성 이온 식각장치를 사용하여 적절한 식각가스와 파워를 선택하여 식각 실험을 진행한다.식각된 산화막의 표면의 색깔과 패턴 모양 관찰 - 광학 현미경 사용마스크 패턴의 제거 (O2 plasma ashing) - 플라즈마 애싱장치를 이용하여 산소 플라즈마를 발생시켜서 적절한 조건에서 마스크 패턴을 제거한다.마스크 패턴을 제거한 산화막의 표면 색깔과 패턴 모양 관찰 - 광학 현미경 사용패턴의 높이를 측정하여, 식각 속도 및 식각 선택도 계산실험 이론플라즈마 (Plasma) 란? : 빛을 내는 부분이 진공상태의 방전으로 진행될 때, 전극으로부터 일정 거리 떨어진 위치에서는 자유전자와 이온핵이 거의 일정한 밀도 분포를 가진 채로 존재하며 이때 서로의 농도가 거의 같아 전기적으로 중성을 유지한다. 이러한 입자 집단 또는 집합체를 플라즈마(Plasma)라고 한다. 이러한 플라즈마는 중성적으로 균일성을 유지하고 상당한 전기량을 가지고 있어 전기장으로부터 전기력을 받으며, 전자밀도의 불균형에 의한 진동이 발생한다.반도체 제조 공정과 정의 (각각의 단일 공정을 개략적으로): 반도체 제조 공정에는 웨이퍼(wafer) 제조 및 증착(deposition), 노광(photo exposure), 현상(development), 식각(etching)의 과정을 포함하여 이루어 진다.웨이퍼 준비(Wafer preparation): 고순도로 정제된 액체상태의 실리콘에 Czochralski method를 통해 단결정 규소 원기둥(cylindrical Ingots)을 성장시킨다. 그 다음, 성장시킨 단결정 규소 원기둥을 균일한 두께의 얇은 웨이퍼로 잘라내는 Wafer slicing을 거치고, 웨이퍼 표면을 연마(polishing)한다. 이때 연마된 웨이퍼 표면에 회로패턴을 그릴 수 있다.증착(Deposition): 800~1200도의 고온 환경에서 산소나 수증기, HMDS 등을 화학 반응을 통해 웨이퍼 표면을 산화시켜 실리콘 산화막(SiO2)을 입히는 증착 과정이 존재한다. 또한 반도체 제조공정의 후반 과정에서 리조그래피를 통해 얻어진 PR을 켜쌓는 과정(epitaxial processing)을 거치며, 이 과정 중에 이온을 웨이퍼의 내부에 주입, 침투시켜 전자소자의 특성을 만들어 준다. 화학기상 증착(Chemical vapor deposition)을 통해 기체 간의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 증착시켜 전도성 막이나 절연막을 형성시킨다.리조그래피(Lithography): 웨이퍼 표면을 세척 후, 감광막(Photoresist: PR)을 표면에 코팅하고 도포된 감광막을 굳히는 soft baking 과정을 진행한다. 그후 mask상에 존재하는 미세회로 형상을 배치(align), 노광(exposure), 및 굽기(hard baking), 현상(develop)의 일련의 과정을 진행한다.식각(Etching): 리조그래피를 통해 얻어진 감광막 패턴(PR pattern)을 형성시키기 위해, 화학반응을 통한 Acid etching, Metal etch(tegal) 또는 반응성 가스를 사용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거하기 위한 공정. 이러한 제거 과정은 각 패턴 층(pattern layer)이 쌓일 때마다 반복적으로 진행된다.전단가공 및 패킹(Die cut; shearing and packing): 패터닝이 완료된 웨이퍼 상의 수많은 칩들을 분리하기 위해 다이아몬트 톱을 사용하여 웨이퍼를 절단 가공(Sawing)한다. 가공된 칩은 성능 검사를 거치며 테스트를 통과하면 리드프레임 위에 올려놓는 공정을 진행한다. 칩 내부의 외부연결단자와 실질적인 리드프레임을 얇은 선으로 금속연결(wire bonding)하고 마지막으로 밀봉(packing)된다.Lithography 란? : 패터닝(Patterning)을 하는 실질적인 공정으로 반도체 공정 과정의 핵심 부분이며 다양한 물질에 미세회로 패턴을 형성하려는 목적을 가진다. 일련의 과정들을 살펴보면, 800~1200도의 고온 환경에서 산소나 수증기, HMDS를 화학 반응을 통해 과산화수소(H2O2)로 세척된 웨이퍼 표면을 산화시켜 실리콘 산화막(SiO2)을 입히는 증착 과정이 존재한다. 표면 위에 분사된 액상 PR을 높은 rpm값으로 회전시켜 균일한 두께의 막으로 PR코팅을 한다. 코팅된 표면을 일정온도에서 baking 하여 단단하게 한 후, Photomask를 배치(Align)하고 응축, 투영렌즈를 통해 UV를 광원으로 하여 노광시킨다. 이때 노광되어 결합이 약해지거나 끊어진 PR부분을 positive PR이라 한다. 그 후 현상(develop)을 통해 용해 가능한 Positive PR을 녹여 없애고, PR패턴을 얻어낸다. 이후 다음 공정이 용이하도록 굳히는 과정을 진행하며 Inspection과정을 통해 원하는 패턴이 얻어졌는지 관찰한다.식각(etching)의 종류와 정의 (식각 장비의 종류와 원리를 중점적으로): 식각은 리조그래피 공정을 통해 얻은 PR 모형에서 노출된 부분에 대해 깎거나 떨어져 나가게 하는 것을 통칭한다. 식각에는 습식식각(wet etching), 건식식각(dry etching)이 있는데, 습식식각은 일반적으로 웨이퍼에 식각 용액을 접촉하여 화학반응에 의해 식각이 일어나게 하는 등방성 식각이다. 따라서 식각 용액과 접촉한 웨이퍼 표면에서는 모든 방향으로의 산화가 진행된다. 산화 속도가 빠르면 식각 표면이 거칠게 되므로, 주로 초산을 통해 식각되는 속도를 조절하는 것이 중요하다. 건식식각은 물리적, 화학적 또는 동시 작용에 의해 진행되는 식각으로, 주로 웨이퍼 표면에 이온으로 충격을 주어 표면을 마멸시키고 한편으로는 플라즈마에서 생성된 반응종과 웨이퍼 표면 물질과 화학반응하여 등방성 식각을 발생시킨다. 이것은 진공상태에서 반응이 진행되므로 표면으로부터 제거가 용이하여 습식식각과 구별된다. 이온 충격에 의한 물리적식각으로는 이온빔 식각, 스퍼터 식각, 그리고 RF(radio frequency) 식각이 있다. 화학적식각으로는 플라즈마식각, 반응이온 식각, 반응 스퍼터식각, 반응 이온빔밀링 등이 있다.P-N 접합이란: p형 반도체와 n형 반도체 각각의 전도율에 비해, 서로가 맞닿는 위치에서 전도율이 떨어지는 접합을 말한다. 전도율이 떨어지는 것은 접합면에서 각각의 운반자인 정공과 전자가 인력에 의해 재결합하면서 소멸해 공핍영역(depletion zone)이 발생하기 때문이다. 두 반도체의 접합이 일어나면 전자 밀도의 균형을 맞추기 위해 n형 반도체에서 p형 반도체로 전자가 이동한다. 이때 정방향 바이어스는 전류가 흐를 수 있지만, 역방향 바이어스는 전류가 흐르지 않는 다이오드를 만든다. P-N 접합면의 전도율을 높이기 위해서 정방향 바이어스를 세팅해주면 공핍영역으로 각 반도체의 정공과 전자가 접근하게 된다. 따라서 전위 장벽이 줄어들고 저항이 감소하여 전도율이 증가할 수 있게 된다.박막의 식각 및 증착 공정을 활용한 소자들에 대한 원리와 구조 (태양전지, OLED, DRAM, MRAM 중 한 가지를 택해서 설명)OLED 가 빛을 내는 원리는 전계 발광에 해당한다. 전계 발광(EL: electroluminescent)이란 발광 물질에 전기를 가해 빛을 내는 방식으로 특히 OLED에서는 전자와 정공이 서로 만날 때 발생하는 에너지가 빛의 형태로 방출되는 것이다. 정공과 전자가 만날 때 전자를 들뜬 상태에서 바닥 상태로 바꿔주어 에너지가 기존보다 감소한다. 따라서 감소한 에너지 차이만큼 빛의 형태로 방출이 되어 빛을 발광한다. OLED 는 발광층에서 빛을 방출하게 되는데, 이 곳에서 전자와 정공이 만나는 것을 의미한다. 한편, 발광 효율을 높이높 위해서는 정공과 전자의 이동이 수월해야 하므로 정공 수송층과 전자 수송층을 배치하여 이동을 원활하게 한다.화학공학전공자가 반도체 산업에서 필요한 이유 (자신의 생각을 첨부)화학공학에서는 물리, 화학적인 지식을 바탕으로 새로운 물질 및 제품 개발과 더불어 그 제품의 생산공정, 설계 등을 공부한다. 이러한 점에서 반도체 제조 공정은 화학공학과 밀접한 연관이 있다. 웨이퍼의 경우, 주된 재료가 실리콘으로 구성되어 있는데 실제로 실리콘 재료의 특성에 대해 실험하며 자세히 배우게 된다. 또한 이러한 웨이퍼 자제를 취급할 때 샘플검사를 실제 검사로 하게 된다. 즉, 결과에 대해 분석, 판정 등의 일은 화학공학 내에서 설계과목을 배울 때 새로운 소재를 도입해보는 과정과 매우 유사한 것이다.참고문헌 (상세히 작성)인하대학교화학공학과 저/2018/p. 19~33Chenming Calvin Hu 저/한빛아카데미/2013/p. 50~55* 기타 주의 사항 및 미리 준비 해야할 내용 *표지에는 사진과 자필 서약을 반드시 포함시킬 것.작성한 보고서는 스테이플러로 고정하여 제출.글자체: 맑은 고딕, 제목 폰트 12pt, 본문 폰트: 10pt, 줄간격: 1.5줄전체분량은 A4용지 3장 이내 (표지 제외).실험 교재의 내용을 숙지하고 요약할 것. Copy 금지.Oral 테스트 준비해올 것.

공학/기술| 2018.09.25| 5페이지| 1,000원| 조회(252)

인하대, 예비보고서, 예비, 공업화학실험, 식각, 패터닝

미리보기

닫기
인하대 공업화학실험 알류미늄-에어 배터리(Al-air battery) 예비보고서 평가B괜찮아요

알루미늄-에어 배터리Aluminum-Air Battery실험 조:작성자:학번:실험 일자:제출 일자:담당 조교 이름:“나는 자랑스런 인하인으로, 스스로의 힘으로 정직하게 레포트를 작성하였습니다.” + 이름 + 서명________________________________________________________________________________________________________________________실험 목적: 알루미늄 호일과 공기 중의 산소를 전극으로, KOH, NaCl, H3PO4를 전해질로 사용한 알루미늄-공기 전지 시스템을 구성한다. 이때 각기 다른 전해질 농도에서, 구성된 전지의 방전 시 실제 기전력을 비교, 측정하고 단위 질량당 방전 용량을 얻는다. 이를 통해 화학에너지에서 실제 전기에너지로 변환된 양을 파악할 수 있다.실험 이론배터리구성 요소: 배터리, 즉 전지는 산화, 환원의 화학 반응이 일어나는 anode와 cathode 2개의 전극(electrode)과 두 전극 사이에 존재하여 금속 이온을 포함한 이온들의 이동 운반체 역할인 전해질(electrolyte)로 구성된다. 산화가 일어나는 anode에서는 화학 반응이 진행되어 금속이 전자를 하나 잃고 전해질로 금속 이온이 용해되어 들어간다. 금속으로부터 이탈한 전자는 외부 도선을 따라 cathode로 이동하여 환원된다. 이때 전위차가 발생하며 금속의 종류에 따라 특정 기전력에 상응하는 전류가 흐르게 된다.종류 및 특징: 전지에는 1차 전지와 2차 전지가 존재한다. 1차 전지는 전극이 되는 금속에서 화학 반응을 통해 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 방전 만이 존재하고 전기에너지를 다시 화학에너지로 전환시키는 충전 과정이 존재하지 않는 전지를 통칭한다. 따라서 재활용을 할 수 없으므로 방전이 모두 끝나면 사용할 수 없다. 주로 알칼리 전지나 제품 등에 사용되는 건전지, 리튬 전지, 공기 전지 등이 1차 전지로 사용된다.2차 전지는 방전 만이 존재하는 1차 전지와는 다르게 화학 1차 전지와 구별된다. 다만, 완전히 방전하지 않고 충전하게 되면 화학 에너지로 변환되는 에너지의 양이 줄어드는 메모리 현상이 존재한다. 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬이온 2차 전지, 리튬-카드뮴 전지 등이 2차 전지로 사용된다.Al-air battery의 이론 및 특징: 알루미늄-공기 전지란 금속인 알루미늄과 공기 내 산소 분자의 산화-환원 화학 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 전지. 기본적으로 알카라인 전지의 구성을 가지고 있지만 양극에 사용되는 활물질로 공기 중의 산소가 사용되는 차이점이 존재하며 충전이 불가능한 1차 전지에 속한다. 알루미늄-공기 전지에서는 anode는 알루미늄으로 하고 cathode는 활성탄으로 전극을 구성한다. anode에서는 알루미늄의 산화가 일어나 전자를 배출하며 cathode에서는 산소의 환원이 일어나 전자를 수용하는 과정에서 에너지가 발생하며 저장된다. 이때 사용하는 전해질에 따라 저출력 전지와 고출력 전지로 구별할 수 있다. NaCl과 같은 중성 전해질을 사용할 때 낮은 출력을 얻게 되며 KOH, NaOH와 같은 강염기성 전해질을 사용하게 되면 높은 출력 밀도를 가질 수 있다. 이 과정에서 산소는 공기 중에서 지속적으로 유입이 일어나므로 실질적으로 소모되는 물질은 알루미늄 금속 뿐이다. 고출력 전지에서 강염기성 전해질을 사용하므로 알루미늄 금속이 전자를 배출하고 전해질 내에 Al(OH)3 형태의 금속 산화물 염이 생성된다.화석연료의 사용으로 인한 지구 온나화 현상이 지목되면서 친환경 에너지에 관심이 집중되는 가운데, 풍력, 지열, 태양에너지는 화석연료의 전력을 대체하기에는 한계가 존재한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 친환경적이면서 에너지 시스템을 유지할 수 있는 연료 전지 분야가 대두되었다. 알루미늄-공기 전지는 현재까지 월등한 에너지 밀도 발현율을 가진 전지로, 화학 반응 시에 소모되고 생성되는 성분이 유해하지 않는 차세대 청정 연료 전지이다. 또한 수소 등의 폭발성 가스를 취급하지 않기 때문에 상대적으심 동력원으로 고려된다.용어 설명OCV(open circuit voltage): 모든 물체는 내부 저항을 가지고 있고 전류가 흐르게 되면 저항도 비례하여 증가하게 되며 V=IR에 의해 전압 상승 및 전압 강하가 발생한다. 이에 따라 실제 전압의 측정 값은 이론 전압 값과 많이 벗어나게 되어 정확한 전압 측정이 어렵다. 그러나 아주 큰 저항을 걸어 전류의 흐름을 최소화 한다면 전압 강하가 발생하지 않는 이론 기전력 값에 근접한 전압을 측정할 수 있다. OCV란 이러한 상태에서 측정된 전압으로, 전지 자체에 부하가 걸려 있지 않는 상태에서 전압 회로가 열려있을 때 전지 또는 배터리의 양 단자 사이의 전위차를 언급한다.한편, OCV를 통해 측정한 전압 값도 실제 이론 값보다 크게 측정된다. 이것은 평형 전압으로부터 이탈시키는 과전압(overpotential)이 발생하기 때문이다. 과전압이 발생하는 이유로는 활성 과전압(activation overpotential), 농도 과전압(concentration overpotential), 오믹 과전압(ohmic overpotential)이 존재한다.활성 과전압은 전극과 이온 전도체 간의 계면 반응과 관련된 것으로, 계면 반응에서의 평형이란 계면의 반응 속도가 아주 빨리 진행될 때 매 순간마다 평형을 이루어 가역적(reversible)으로 반응한다. 그런데 반응하는 과정에서 활성화 에너지가 요구되므로 완전한 가역 반응을 만족할 수 없는 평형으로부터 이탈을 의미한다.농도 과전압l이란 계면 근처에서의 이온 농도의 고갈과 관련되는데, 계면에서 반응을 하게 되면 농도 기울기가 형성되게 되고 Fick’s Law에 의한 확산 법칙에 따라 이온의 확산 속도가 달라진다. 이것은 계면반응 속도에 영향을 미친다.오믹 과전압이란 전해질과 관련된 과전압으로, 전해질의 농도나 종류에 따라 전기화학반응에 이용되는 이온의 전도도가 달라지게 되고, 이러한 이온 전도도에 따라 계면반응 속도에 영향을 끼치게 된다. 이러한 요인 말고도, 전극의 내부 구조나 단위는 Ah의 형태를 가진다.specific energy density: 전지의 단위 질량당 에너지 밀도로 정의되며, 일반적 의미의 에너지 밀도란 단위 부피에 저장된 에너지를 뜻한다. 이것은 전지나 연료의 효율을 나타내는 지표로서, 해당 전지로부터 최대 발현할 수 있는 에너지는 전지의 이론 기전력(V)과 이론 용량(C)의 곱을 통해서 계산할 수 있다. J=CV가 성립하며 specific energy density의 단위는 J/kg*m3 형태를 가진다.한편, 이것은 전압을 시간에 대해 도시한 그래프에서 적분을 통해 계산할 수 있다. 실제 전지에서는 화학 반응에 참여하지 않는 물질들이 존재하고 이들의 양이 증가하게 되면 실제 에너지 밀도는 부피 내에서 차지하는 분율이 줄어드므로 감소하게 된다. 방전 중인 전지에 대해서 전압이 감소하고 내부에 저장된 에너지가 소모되므로 에너지 밀도 또한 감소하게 된다. 반대로 충전 중인 전지에 대해서는 전압이 증가하고 내부에 에너지가 축적되므로 에너지 밀도가 증가하게 된다.self-discharge: 자가 방전, 내부 방전이라고 일컬어지며 축전지를 실제로 사용하지 않아도 자연적으로 방전이 되어 그 전지 용량이 감소하는 현상으로 축약된다. 전지는 내부에 화학 물질이 많이 존재하기 때문에 축적되어 있던 에너지가 시간의 흐름에 따라 저절로 소모되어 전지의 성능이 저하되고 수명이 짧아지게 된다.자가 방전의 원인으로는 물리적 원인과 전기적, 화학적 원인이 존재한다. 물리적인 원인으로는 anode전해액 중 또는 cathode의 물리적인 손상이나 파괴 등에 의해 온전한 에너지 보존이 어려운 경우이다. 전기적 원인으로는 전극 판의 작용 물질의 탈락에 의한 내부 단락이 존재한다. 화학적 원인으로는 외부 방전이 없으면서 전지 내부에서 자연적으로 전지 용량의 감소를 유발하는 작용이 일어난다. 이외에도 음극 판에 백금, 금, 은, 동, 니켈 등의 불순물 작용 물질이 접촉하게 되면 국부 전지가 형성되어 자가 방전을 일으키며, 전해질인 황산과의 화학 작용으태를 가진다. 자가 방전량은 하루동안 실제 전지 용량의 0.3~1.5% 정도이다. 축전지를 사용하지 않고 장기간 보관해야 할 때에는 전극판의 자가 방전을 고려하여 주기적인 충전이 필요하다.실험 방법: anode 역할로 사용될 정사각형 규격의 (15mm x 15mm) 알루미늄 호일(foil)을 준비한다. 이후 비커 안에 KOH, NaCL, H3PO4 분말 가루를 넣고 증류수를 통해 용해시켜 0.5M, 1M, 3M 로 각각 제조한다. 각각에 대해 농도가 다른 3개의 전해질을 제조하며 따라서 총 9개의 전해질 용액을 준비한다. 이후 전해질을 교반시켜 전해질 내에용해되지 못한 잔여 물질을 녹인다. 이후 알루미늄 호일 위에 분리막 역할을 하는 키친 타올을 올린다. 이후 방전 용량을 계산하기 위해 활성탄의 무게를 미리 재고 활성탄을 키친 타올 위에 얹는다. 활성탄 위에 제조한 전해질을 스포이트를 통해 적셔주어 이온의 이동 통로를 개척한다. 그 위에 전선을 배치하고 일부분은 산소 유입을 위해 노출한 채 나머지 부분을 밀봉시킨다. 이후 potentiostat/galvanostat 을 이용해 OCV 및 방전 용량을 측정한다. 각각의 전해질 농도에 대해서 같은 실험 과정을 반복하며, 농도에 따른 전압 변화를 비교하며 결과에 대해 고찰한다.참고문헌인하대학교 화학공학과 저인하대학교 화학공학과/2018/50~55p HYPERLINK "http://book.naver.com/search/search.nhn?query=%EB%B0%B1%EC%9A%B4%EA%B8%B0&frameFilterType=1&frameFilterValue=18254" 백운기, HYPERLINK "http://book.naver.com/search/search.nhn?query=%EB%B0%95%EC%88%98%EB%AC%B8&frameFilterType=1&frameFilterValue=2374251" 박수문 저 HYPERLINK "http://book.naver.com/search/search.nhn?filte3p

공학/기술| 2018.09.25| 5페이지| 1,000원| 조회(183)

실험, 알루미늄, 인하대, 공업화학실험, 에어배터리

미리보기

닫기