일반기술

고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법

본 기술은 전해용액에서의 물질이동과 전자이동이 임피던스 측정에 미치는 정도를 파악할 수 있는 고속 전기화학 임피던스 측정장치 및 방법에 관한 것이다.기존의 임피던스 측정방법은 전해용액에 있는 전극에 장시간 전압을 인가하게 되면 전극표면과 용액사이의 상태가 전체 용액의 농도와 작업전극간의 확산층에서의 농도차가 초기의 측정상태와 다른 상태로 변하게 됨으로써 재현성 있는 실험을 하기 어려운 문제가 있었으며, 전자전달과 물질이동이 임피던스에 미치는 영향을 효과적으로 측정할 수 없다는 문제가 있었다.반면, 본 기술에서는 고속으로 전기화학 용액의 임피던스를 측정할 수 있으며, 전자전달과 물질이동이 임피던스에 미치는 영향을 분리하여 측정할 수 있도록 구현할 수 있다본 기술에 의한 고속 전기화학 임피던스 측정방법은 상대전극을 통하여 전해용액의 반응전위인 DC전압을 전해용액에 인가하고, 소정의 시간 간격후에 DC전압에 미분 또는 적분된 dirac-delta[δ(t)]함수의 전압이 부가된 신호전압을 전해용액에 인가하는 제1과정, 전해용액에 있는 작업전극을 통하여 측정된 신호전류로부터 변환된 디지털데이터 전압중에서 미분 또는 적분된 dirac-delta[δ(t)]함수의 전압에 기인된 디지털데이터값만을 산출하여 적분 또는 미분 연산한 후 퓨리에변환하는 제2과정 및 퓨리에변환된 값으로 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 제3과정을 포함한다.본 기술에 의한 고속 전기화학 임피던스 측정장치는 제어신호에 따라 전해용액의 반응전위인 DC전압을 생성하여 출력하고, 소정의 시간 후에 DC전압에 스텝전압을 부가하여 출력하는 신호생성부, 신호생성부의 신호를 유입하여 전해용액의 상대전극에 일정전압을 인가하며, 기준전극을 통하여 작업전극에 소정의 전압이 인가되도록 제어하는 정전위부, 작업전극을 통하여 유입된 전류를 전압으로 변환시키는 전류전압변환부, 변환된 아날로그 전압을 샘플링하여 디지털데이터로 변환시키는 샘플링부, 디지털데이터를 DC전압과 신호전압의 인가된 소정의 시간의 간격에 따라 각각 저장후 차이값을 산출하여 미분하며, 미분된 값을 퓨리에변환하여 각 주파수에 따른 임피던스를 산출하는 중앙제어부를 포함하여 구성되어 있다.이와 같이 이루어진 본 기술에 의하면, 동일한 진폭과 위상을 가지는 모든 주파수 성분을 동시에 전해용액에 가하여 출력되는 신호를 퓨리에변환하여 각각의 주파수 성분으로 분리한 후, 주파수에 따른 진폭변화와 위상변화를 측정하여 임피던스 스펙트럼을 얻음으로써, 고속으로 전해용액의 임피던스를 측정할 수 있다