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  PotentioStst, QCM System
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  PotentioStat

 

PotentioStat( ECM ) 이해하기- 정전위 회로의 이해(PotentioStat 원리) 

 

전기화학 전공자들에게 전자 회로란 생소하기 마련이다.
이 강좌는 전기, 전자 전공자들이 아닌 다른 전공자들이 전기화학 실험을 하기 위해 이해가 필요한 PotentioStat와 QCM에 대한 간략한 이해를 목적으로 만들어졌다.

 

전기화학에서 가장 많이 쓰이는것이 바로 이 PotentioStat이다.
정전위기라고도 하며 본사에서는 ECM이라고도 부른다.
정전위기의 정의는 일정전압를 유지시켜 주는 회로인데 일정 전압 유지 한다는것은 항상 일정한 전압만 유지한다는 의미가 아니고 사용자가 입력한 전압에 비례한 일정한 전압을 유지하는 회로를 말한다. 그를 위해서 Feedback이 존재하여야 하며 많이 쓰는 회로는 아래와 같다.



아래 그림을 보면 하늘색으로 된 부분이 용액이 차지할 부분인데 일단 저항으로 표시하였다.
저항을 통한 전류의 흐름을 먼저 관찰하고 용액으로 바뀌었을때를 설명하는게 빠른것이다.
PotentioStat의 Input Voltage라고 되어있는 부분에 전압을 왼쪽 그림과 같이 넣으면 아래그림의 녹색라인을 따라 전압에 비례한 전류가 흐른다. 주 전류는 녹색라인이며 보라색은 정전위를 유지하기 위한 Feedback 전류이다. ( Opamp의 입력 임피던스가 크기 때문에 거의 흐르지 않는다 )

 

 

 

실 분석대상이 들어간 그림은 아래와 같이 표현할수 있다.
PotentioStat에서는 저항이 아니라 분석대상을 회로에 연결한다. 이 연결하는 수단이 전극이다.
전극의 양단에 일정 전압이 유지 되므로 녹색라인과 같이 전류가 흐른다.



저항이 연결되었을때는 전압에 비례한 전류가 흐르지만 용액을 연결할 경우 반응물질에 따라 여러 형태가 나온다. 즉 전압에 꼭 비례하는 전류 곡선이 나오는것이 아니라 분석대상에 따라 그 성향이 다르다.

 

 

이렇게 나온 파형은 아래그림의 좌측그림과 같이 나오며 X축을 전압축으로 나타내면 오른쪽 그림의 Cyclic Voltametry곡선이 나온다.



아래 그림과 같이 용액의 저항( 농도 )에 따라 Voltametry의 그림의 형상이 변화한다.



 위의 예시는 다음의 실험 조건을 바탕으로 도시된 그림이다.


기준전극 - Ag/AgCl , 

전해질 - KNO3 , 

카운터 전극 - pt전극 

워킹 전극 - carbon전극 

실험할 때 사용하였던 것은 K2[Fe(CN)6] 이다.

 


위의 도식처럼 전기화학 셀에 전기화학 전극을 장착하고 PotentioStat의 RE, CE, WE단자를 각각의 전극에 연결한다.



[ PotentioStat에 전기화학 셀을 전극과 함께 연결한 모습 ]

 




[ 전극, 전해 셀 및 파라미터 입력 값 ]

 


위의 실험의 결과 화면은 아래와 같다.

 

[ X축을 전압으로 나타날때 ]



* CV 그래프 분석



 


표와 같이, CV 곡선을 그리면 산화∙환원이 일어나는 전위와 전류를 파악 할 수 있다. 이를 분석하여, 실험결과 discussion 을 낼 수 있다.


CV실험의 구체적인 방법 및 절차에 대해서 궁금하다면

http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=257&Sub_No=8

전기화학을 더 이해하기 위하여 전기화학 전극과 전기확 셀에 대하여 이해가 필요 하다.


전기화학 전극( Electrochemistry Electrode ) 및 셀의 더 자세한 자료를 원하신다면

http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=366&Sub_No=8


PotentioStat를 이용하여 분석을 하기 위해서는 분석법에 대한 이해가 더 필요할수 있다.



전기화학 분석법의 더 자세한 자료를 원하신다면

http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=189&Sub_No=8


또한 전기화학 전극의 종류와 특성에 대해 설명한 자료가 있다.



기준 전극( Reference Electrode ) 의 더 자세한 자료를 원하신다면

http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=135&Sub_No=8


카운터 전극( Counter Electrode ) 의 더 자세한 자료를 원하신다면

http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=137&Sub_No=8


워킹 전극( Working Electrode ) 의 더 자세한 자료를 원하신다면

http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=136&Sub_No=8




전기화학 셀은 다음과 같이 일반형과 밀폐형이 있다. 밀폐형은 용존산소를 제거하기 위한 Gas Bubble을 위해 Gas In, Out Line이 존재한다.
 
셀(Cell) Material : ①유리(Glass) or ②테프론(PTFE) or ③퀄츠(석영)
뚜껑(Lid) Material : ④⑤⑥테프론(PTFE)
 
셀(Cell) Material : ①유리(Glass)_좌측이미지 or ②테프론(PTFE)_우측이미지
뚜껑(Lid) Material : ③④테프론(PTFE)

또한 일정한 온도를 유지하기 위한 Water Jacket형이 있으며
 

광전기화학을 위한 Quartz Windows가 있는 분광형 셀이 있으며


 
분리막 실험을 위한 H Type 셀이 있다.



UV-Spectroscopy를 위한 셀이 있으며
 


실험의 용도에 따라 제작을 하여 사용하기도 한다.









전기화학 전극의 종류










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