전기변색(Electrochromic) 6 번째 : 효율을 나타내는 지표

 

 사람들이 흔히 물건을 고를 때 중요하게 생각하는 것은 물건의 내구도와 같은 성능이다. 예를 들어 스마트폰이나 에어팟, 노트북 등 전자기기에는 배터리가 들어간다. 이 배터리의 효율을 나타내는 것은 대표적으로 한번 충전하면 얼마나 오래 쓸 수 있느냐는 것이다.

 

 전기변색도 마찬가지다. 자료들을 보다 보면, 전기변색의 효율을 나타내는 요소들이 있다. 그중 대표적인 몇 가지를 적어보고자 한다.

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 'Coloration efficiency(착색 효율) = CE' 말 그대로 이 수치가 높을수록 전기변색 기기가 전압이 인가되어 착색이 됐을 때, 불투명도가 크므로 그만큼 효율이 좋다는 것을 의미한다.

 

 CE는 다음과 같은 식을 통해 구할 수 있다. >> ΔOD/Q = log(Tb/Tc)/Q

 

 여기서 'OD'는 'Opitcal density(광학 밀도)'로서 투과 정도를 보여주는 나타내는 지표다. 불투명할수록 값은 크다. ΔOD가 클수록 착색 상태와 탈색 상태의 투과율 차이가 크다는 것을 보이므로, 그만큼 전기변색의 효율이 좋다고 할 수 있다.

 

 'Tb'는 탈색 상태에서 투과율, 'Tc'는 착색 상태에서의 투과율을 말한다. T는 Transmittance를 말하며, b는 bleached, c는 colored를 의미한다. 탈색과 착색 상태의 투과율 차이는 '∆T'로서 'modulation'이라고 불리기도 한다. 

 

 투과율 측정은 보통 분광광도계를 이용해 측정한다.

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 'Q'는 단위면 적당 단위 물질 당 전하량을 말한다. 또한, 여기서 Q는 'Q(전하량) = nF * N'로 구할 수 있으며, n은 반응에 참여하는 전자, F는 페러데이 상수(물질 1그램당 전기분해로 얻는데 필요한 량), N은 반응에 의해 생성된 몰수를 말한다.

 

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 또한, 전기변색의 내구도는 'Cyclic voltammetry(CV)'라는 방식을 이용해 측정한다. 전기변색의 메커니즘은 산화와 환원 반응을 이용한다. CV는 전위차를 가해 산화와 환원을 반복적으로 일으키고, 전위 사이클을 계속해서 돌렸을 때 전위가 처음과 똑같이 안정적인 모습을 보이는지를 확인한다. 사이클을 많이 돌렸는데도 초반과 비슷한 전위의 모습을 보인다면, 그만큼 내구도가 좋은 것이다.

 

source : Facile Synthesis of Electroactive and Electrochromic Triptycene Poly(ether-imide)s Containing Triarylamine Units via Oxidative Electro-Coupling

 위 사진이 CV를 돌려 얻어낸 그래프이다. 왼쪽 사진에 그래프 오른쪽 하단에 보면 사이클이 쓰여있다. 즉, 빨간색 선은 1번 CV를 돌린 거고, 검은색은 100번을 돌린 것이다. 커브 차이가 거의 없으므로, 산화 환원이 백번이 일어나는 동안은 안정적이라는 것을 보여주는 셈이다. * scan rate는 50 mV·s −1

 

source : LG디스플레이

 

 또한, 전압을 달리 줬을 때 사이클 모양이 바뀌기도 한다. 원리는 일정한 전압을 줬을 때 환원 반응이 일어나면서 positive 전류를 발생시키고, 환원 반응이 일어날 수 있을 만큼 일어나 전류의 양이 감소한다. 이때 positive 포텐셜이 강해지면서 산화 전류가 흐르는 방식이다. 

 간단히 전기변색 효율을 볼 수 있는 지표를 봤는데, CE, ΔOD, ΔT가 높을수록 착색이 잘 된다고 보면 되며, CV 사이클이 많이 돌렸는데에도 커브 변화가 없으면 '내구도가 좋은 거구나'라고 보면 된다.

 

 

 

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