일반기술

이차전지용 전극 활물질의 충.방전 특성 평가를 위한 EME(Electrochemical Mirage Effect)기술의 적용

이차전지를 포함하여 전기화학적 에너지 생산·저장 시스템의 성능이나 수명을 결정하는 가장 중요한 요인은 전극 표면, 전극/전해질 계면에서 진행되는 산화/환원 반응이라고 할 수 있다. 이들의 연구를 위하여 그동안 ESCA, AES, LEED등 많은 분광학적 표면 조사 기술을 사용하여 위한 노력이 지속되어 왔다. 그러나, 본질적으로 위의 기술들은 모두 ex-situ 기술로서 반응이 완료된 후에 시편을 cell에서 분리하여 분석용 시편 제작 후 측정하기 때문에 분석 시편 제작동안 있을 수 있는 전극의 여러 가지 변화 및 이물질에 의한 오염에 대해서 대책이 부족하며, transient process에 대한 연구가 불가능하다는 단점을 내포하고 있었다. 이들에 비해 최근에 개발된 EME 기술은 고도의 직진성을 갖는 레이저를 probe beam으로 사용하고, 정밀한 레이저 검출기를 사용하여 전기화학 반응이 일어나는 동안 계면반응에 의한 전극의 변화를 in-situ로 측정할 수 있기 때문에 위에서 제시한 여러 가지 표면 조사 기술의 단점을 보완할 수 있고, 반응 산물만을 측정하는 것이 아니고 전해질 속의 화학종 및 전극 내에서 확산하는 화학종까지 측정할 수 있는 장점을 가지고 있다. EME는 전극 반응이 일어날 때 반응에 참여하는 화학종들의 농도구배에 의해 전극 부근 전해질의 굴절률이 변화하며, 이때 optical windows를 통해 cell 내에 조사된 probe beam의 편향을 10-9rad. 농도로 환산하면 10-3mol까지도 측정하는데, 여기에 FT-iR 등에서 사용하는 multiplexed source를 excitation light으로 전극 표면에 조사하면 반응에 참여한 화학종까지도 모두 분별할 수 있는 첨단 기술이다. 또한 EME에서는 probe beam과 전극이 직접 접촉하지 않기때문에 전극 반응에 영향을 주지 않으며, 충·방전 cycle 동안 화학종의 확산 현상 및 transient process를 모두 검출할 수 있으므로 이차전지용 전극 활물질의 충·방전 특성 평가에 매우 유용한 기술이라고 할 수 있다.