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과학과 공학 이야기/전기변색과 배터리23

전기변색 번외 : 서울대의 전기변색 기반에 디스플레이 소자 개발 서울대 연구진들이 올해 7월 16일 전기변색 물질인 산화텅스텐을 이용한 디스플레이 소자를 개발했다고 밝혔다. 산화텅스텐은 환원시 청색으로만 색이 변하기에, 색재현율과 세기 조절의 한계가 있는데, 이를 극복하고자 한 것이다. (논문 원문 : Full-ColorTunable Nanophotonic Device Using Electrochromic Tungsten Trioxide Thin Film Yohan Lee,⊥ Jeongse Yun,⊥ Minjee Seo, Sun-Je Kim, Jaehyun Oh, Chung Mu Kang, Ho-Jung Sun, Taek Dong Chung,* and Byoungho Lee*) 요약을 먼저 하자면 나노미터 두께의 산화텅스텐 박막을 실리콘 및 금에 결합해 다양한 색 재.. 2020. 10. 11.
전기변색(Electrochromic) 네 번째 : 전기증착, 스퍼터링, 진공증착 전기변색의 물질로는 무기물인 텅스텐을 주로 사용한다. 전기변색 기기는 유리 아래 전극이 통하도록 ITO, 그 밑에 변색물질이 든 층이 있는 것이 일반적인 구조다. 변색물질이 든 층을 만들기 위해선 텅스텐을 증착시킨 박막을 만들어야 한다. 꼭 전기변색을 위한 텅스텐이 아니더라도 물질을 박막에 증착시키는 대표적인 방법들을 살펴보려고 한다. 1. Electrodeposition(전기증착) 간단하게 설명하자면 타겟에 cathode를 연결하고 표면에 피막을 입힐 금속을 anode에 연결한다. 전해질에 금속을 담그고, 전원을 인가하면 전기분해가 일어나며 용해가 된다. ​ 이때 anode에 연결된 금속이온이 전자를 잃으며 산화되고, 타겟은 전자를 얻어 환원이 되면서 얇은 피막을 입게 되는 표면처리법이다. ​ 장비와 .. 2020. 10. 7.
전기변색(Electrochromic) 세 번째와 분광광도계(spectrophotometer)의 원리 전기변색은 계속 말했듯, 물질에 전압을 가하면 redox(산화와 환원)를 통해 물질의 색과 투과율이 변하는 걸 말한다. 일반적으로 유리 기판 한쪽 투명전극을 증착한 뒤에 상, 하판에 산화환원물질 박막을 도포하면 기본적인 전기화학반응 셀이 구성된다. 이후 내부 공간을 전해질로 채워 넣으면 소자가 완성된다. 이때 산화, 환원 물질에 따라 셀의 색 구현이 달라지는데, 시장은 압도적으로 산화텅스텐(안정적이며 셀의 색이 어두운 청색으로 변해 창문용으로 아주 적합)을 사용하고 있다. ​ 이때 device의 효율은 투과도가 가장 결정적이며, Coulombic Efficiency(전하 전달 효율) 등이 있다. 전극 두께나 소자, 투과되는 파장의 영역, 열처리 온도, 전압 등에 실험 조건이나 소자의 구조 및 화학적 결합.. 2020. 10. 6.
2차 전지 Intercalation 원리. 흑연 대신 실리콘을 음극재로 쓰려는 이유 Intercaltion, Deintercalation 뜻과 원리 ▲ Intercalation 인터칼레이션 : 층상구조가 있는 물질의 층간에 분자, 원자, 이온이 삽입되는 현상. 그냥 끼어들기라고 보면 된다. 이렇게 이온들이 결정 내로 들어가면, 결정의 전자 구조도 바뀌게 되어, 외부 도선을 따라 전자가 들어간다. ​ ▲ Deintercalation 디인터칼레이션 : 인터칼레이션의 반대다. 이온이 결정에서 빠져나오고 전자는 외부 도선을 빠져나온다. ​ ▲ 2차 전지에서는 intercalation을 이용하며, 아래 사진을 보며 참고하자. ▲ 방전 : 음극에 intercalation 되어있던 리튬이 환원 전위 차이로 산화반응을 통해 양극으로, 전자는 도선을 통해 이동하고 양극에서 환원 및 intercalati.. 2020. 9. 22.
2차 전지. 전기차 배터리의 충방전 원리와 2차 전지 종류는? *2차 전지 양극재 음극재와 1차 전지와의 차이점 2차 전지의 원리(=배터리의 원리는?) · 1차 전지는 '건전지'와 같다. 방전만 되고 충전은 안된다. 2차 전지는 충전이 가능한 전지다. 요즘 쓰이는 배터리라고 생각하면 된다. 산화와 환원 반응을 이용해 방충전을 하는 데, 앞서 말했듯 2차 전지와 전기변색의 메커니즘은 유사하다. · 산화는 전자를 잃는 것(방출), 환원은 전자를 얻는 것을 말하며, 리튬이 가볍고 에너지 밀도가 높아 대부분 전지의 양극재로서 사용 중이다. ​ · 전지의 구조는 양극, 음극, 전해질과 분리막으로 이루어져 있는데, 2차 전지에서 방전할 때에는 음극에 있는 전자가 양극으로 이동을 한다. 즉, 양극은 전자를 얻으니 환원이 일어나고, 음극은 전자를 잃으니 산화 반응이 일어난다. 2차 전지 방전 시 ​양극(Positive elect.. 2020. 9. 18.

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