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복소임피던스법에 의한 도전율 측정

전문가 제언: ○ 최근 화석연료나 지구온난화 대책으로 환경친화적인 신·재생에너지가 활발히 연구되고 있다. 연료전지나 리튬2차전지 그리고 염료감응태양전지 등의 전해질 개선에 이온성 액체재료가 주목을 받고 있다.

○ 이온성 액체재료는 화학적, 열적으로 안정하고, 난연성이 있으며 전기전도도가 우수하여 기존의 휘발성 액체 전해질 대체에 연구되고 있다. 무엇보다도 점도가 기존의 유기용매를 사용하는 액체 전해질보다 크고 휘발성이 매우 적어 누출 위험 등이 적어 전지 고체화에 유리하다.

○ 그러나 이러한 이온성 액체재료는 점도가 클수록 이온의 이동성이 부족하여 이온성 전도도가 관심의 대상이 되고 있다. 따라서 온도와 주파수에 따른 변화에 깊은 연구가 필요하다. 즉 전하의 호핑(hopping) 메커니즘과 주파수와의 관계 등이 궁금하게 된다.

○ 이 이온성 전도체에서 도전율 측정 시, 측정 전극과 시료 사이의 반응의 유무, 전극과 시료 사이의 용량을 고려하고, 전도도 상승 시 시료의 분극에 따른 전극 계면에 2중층이 발생되어 저항과 위상이 다른 복소 성분이 발생된다. 또한 각종 고체 분말의 도전율 측정 시 전극과 시료 계면, 입자의 벌크저항과 입자간의 입계저항이 따로 고려되어야 하므로 온도, 주파수에 따른 등가회로의 이해로 도전율을 평가할 필요가 있다.

○ 본문에서는 고체 측정 시와 달리 저항과 위상이 다른 용량성분이 고려되는 이온성 전도체에 대해 복소임피던스법으로 온도, 주파수에 따른 도전율의 측정방법과 등가회로에 의한 해석방법을 소개하였다. 100~ 600K의 온도범위와 50Hz~6MHz의 주파수 범위에서 주파수의 함수인 Z(w)를 복소평면 위에 플롯한(Cole-Cole 플롯) 예도 설명하였다.

○ 연료전지의 전해질로 최근 기대를 받고 있는 CsH2PO4의 도전율의 실수 성분인 의 주파수와 온도에 따른 3차원 측정은 503K에서 초이온전도상으로의 전이현상을 보였다. 도전율의 급격한 상승 시 복소평면 상의 플롯에서 제2의 반원이 저주파 영역에서 출현하는 것은 신기하다.

저자: Koji YAMADA
자료유형: 학술정보