전기증착법 (electrodeposition)을 통하여 기판 (ITO glass) 위에 산화텅스텐 ()박막을 합성하고, 순환전압전류법 (Cyclic Voltammetry)을 통하여 합성된 박막의 전기적 특성을 파악하여 전기변색소자 장치 (electrochromic device)의 원리를 이해한다.
인터칼레이션 / 디인터칼레이션 (Intercalation / deintercalation)
리튬 이온 전지에 쓰이는 양극은 전이금속산화물(transition metal oxide)이고, 음극은 흑연(graphite)계 탄소(carbon)이다. 기존의 전지들과 다른 점은 양극과 음극에서 일어나는 반응이 인터칼레이션(intercalation)이라는 것인데, 인터칼레이션이란 결정성을 가지는 재료들 대부분이 갖는 원자나 이온들 사이의 많은 공간에 이온들이 들어가는 것이다. 마치 구슬을 컵에 가득 담으면, 구슬들 사이에 공간이 생겨 그 공간으로 다른 구슬들이 들어가는 것과 같다.
이렇게 이온들이 결정 내로 들어가면, 결정의 전자구조도 바뀌게 되어 외부도선을 따라 전자가 들어간다. 이 반대과정이 디인터칼레이션(deintercalation)인데, 이온이 결정에서 빠져 나오고, 전자는 외부도선을 따라 빠져나오게 된다. 이런 과정이 연속적으로 일어나면, 외부도선을 따라 일어나는 전자의 흐름을 이용하여 전기에너지를 만들 수 있는 것이다.
실험 방법
1. 전해질 용액 제조
1) 텅스텐분말 0.92g을 준비한다.
2) 과산화수소수 10.2㎖에 텅스텐 분말을 완전히 반응시킨다. 텅스텐분말은 증류수에 잘 녹지 않기 때문에 과산화수소수로 녹인다.
3) AO disk를 사용하여 남은 과산화수소를 제거해 준다.
4) 충분히 반응시킨 후 산화텅스텐 전해질 농도를 0.1M으로 맞추기 위해 증류수를 넣는다.
2. 기판 준비
1) 실험에 맞는 크기의 ITO기판 3개를 준비한다.
2) 아세톤과 Iso-propanol을 1:1로 섞은 용액을 준비한다.
3) 준비된 iTO 유리판을 아세톤과 Iso-propanol을 섞은 용액으로 초음파 세척을 15분간 한다.
3. 전극 제조
1) 멀티미터기를 사용하여 ITO기판의 어느 면이 전극이 통하는 면인지 확인한다.
2) ITO기판의 전기가 통하는 면을 Pt판과 마주보게 장착한 후 전해질 용액에 담근다.
3) -0.5V, -0.7V, -0.9V에서 일정전압법으로 증착을 시키기로 했다.
4. 분석 절차 - 측정
1) 산화텅스텐 전해질 용액에 담가 -0.5V전압을 걸어주고 CA를 통해 전기 증착한다. CA그래프를 관찰한다. 증착을 시킨 후 전극을 증류수로 닦는다.
2) 전해질을 교체하여 0.5M황산용액에 담가 반응시킨 후 CV그래프를 관찰한다.
3) 위와 같은 과정으로 -0.7V, -0.9V에서 반복한다.
4) 수소의 인터칼레이션과 디인터칼레이션이 일어날 때의 색 변화를 관찰한다.
전기화학실험-전기변색소자 (electrochromic) 물질 합성 및 색 변화 관찰 레포트
실험의 목적 전기증착법 (electrodeposition)을 통하여 기판 (ITO glass) 위에 산화텅스텐 ()박막을 합성하고, 순환전압전류법 (Cyclic Voltammetry)을 통하여 합성된 박막의 전기적 특성을 파악하여 전기변색�
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