경북대학교 에너지저장공학 중간고사 범위(1~5장) 총정리본

소개글

경북대학교 에너지저장공학 중간고사 범위(1~5장) 총정리본에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

이 법칙을 따른다.
Non faradic process : No charges transfer, kinetic 적으로 charge transfer가 일어나기 어려움
흡착, 탈착 등이 발생
계면의 구조가 변하지 않는다.
external currents can flow : 초기에 전압을 가하면 순간적으로는 전류가 흐를 수 있음.
pg. 7 전극에서 저장되는 전하
일부 전극-전해질 시스템은 제한된 전위 범위에서 이상적 분극화 가능(IPE 가능)
→ 실제 전극은 전체 전극 범위에서 IPE로 작동할 수 없다.
한정된 포텐셜 구간 내에서 electrode-solution interface는 커패시터처럼 거동한다.
, q: 저장된 전하, E : 가해준 전압, C : 커패시터
pg. 8
charge가 있는 곳을 하나의 layer. 두 개의 layer가 있기 때문에 double-layer 라고 한다.
electric double layer : 금속과 용액 경계면에서 전하를 띤 종 및 방향성 쌍극자의 전체 배열
charge density : 전하량 q를 차지하는 면적으로 나눈 것이 전류밀도
주어진 전위에서 전극/용액 계면은 double-layer 커패시턴스 로 특정 지어진다.
실제 커패시턴스와 달리 는 종종 주어진 전하에 따라 값이 변할 수 있다.
pg. 9 전극 / 전해질 계면의 형태는??
전해질 전기적 중성(많은 양, 음이온)
전극 표면 부근의 전해질의 전하는 반대이다.
계면의 구조는 커패시터와 유사하다.
■ Capacitor model
Helmholtz model : electrical double layer 형태로 배열되어 있는 모델
Diffuse double layer(Gouy-Chapman model) : Thermal energy에 의해 정전기적 인력을 잃고 distribution
(Distribution by thermal energy)
Stern model : 두 레이어 사이에 전하가 없는 유한한 거리가 있다.
(Finitie distance without charges between two layer)
pg. 10 Brief Description of the Electric Double Layer
Specific absorbed anion(특수흡착) : 물리적 정전기적 인력이 아닌 이온과 금속 표면간의 화학적 상호작용
Inner Helmholtz Plane(IHP) - 화학적
: locus of the electrical centers of the specifically absorbed ions (x1)
(solvent molecules + specifically absorbed ions(anion))
특수 흡착된 이온의 전기적 중심 위치(용매 분자 + 특수 흡착된 이온)
Outer Helmholtz Plane(OHP) - 물리적
: locus of centers of neraest solvated ions(x2) (cation)
가장 최근에 용해된 이온의 중심 위치, 정전기적 인력의 영향으로 생기기 때문에 물리적이다.
Diffuse layer
: extends from OHP into the bulk solution(thermal agitation in the solution)
용액의 열 교반을 통해 OHP 까지 확장
Long range interaction (electrostatic forces) 정전기력은 이온의 화학적 특성과 무관하다
→ independent of the chemical properties of the ions.(nonspecifically absorbed ions)
pg. 12 Double-Layer Capacitance and Charging Current in Electrochemical Measurements
Two-electrode cell
ideal polarized mercury drop electrode (IPE)
ideal reversible electrode (SCE)
equivalent circuit : 등가 회로, 전극/전해질 system을 회로로 그린 것
커패시터 직렬 연결에서 전체 커패시턴스는 , 가장 작은 값에 의해 제어된다.
→ 위 도선에서 이므로 는 무시되고 만 고려한다.
전체 Cell potential이 크게 변화하지 않는 구간에서는 등가 회로가 정확하다.
이 회로를 통해 Hg 전극의 성질이 어떤지를 확인할 수 있다.
→ 세 가지 실험 구상
pg. 15
■ Voltage (or Potential) step : 일정한 전압(포텐셜)을 인가할 때
이고 전류 I는 이므로
가 된다. 이를 에 대해서 정리하면
→ → 가 나온다.
이 식의 꼴은 1계 비제차 선형 미분 방정식의 꼴이므로
를 계산하여 푼다.
정리하면 가 된다.
여기서 적분상수를 구하기 위해 t = 0, q = 0를 대입하면 이므로
적분상수 이다.
q를 t에 따라 미분하면 전류이므로 전류 , (Time Constants)
저항과 커패시턴스 값을 안다면 충전량이 얼마나 됐는지 알 수 있다.(위 예시 참조)
pg. 16
■ Current Step (전류를 일정하게 인가)
커패시턴스에 일정한 전류를 가하면 Potential이 계속 증가한다.
배터리와 커패시턴스의 차이
■ Voltage Ramp (유도과정을 꼭 직접 해보도록 하자, 위에놈도 같이)
Linear Potential Sweep : increase E linearly with time at a sweep rate ,
→ 이므로 정리하면
이 친구도 q에 대한 1계 선형 비제차 미분 방정식이므로 q를 구하고 t에 대해 미분하여 I를 구하면
가 된다.
포텐셜을 계속 인가하여 전류를 일정하게 흐르게 한다.
Steady state current로부터 쉽게 계산가능
pg. 17 Cyclic voltammetry
Cyclic Voltammetry : Applying a triangular wave() → Steady state current changes
포텐셜을 변화시켜 rectangular shape가 나오면 capacitor처럼 거동한다.
pg. 18
이를 통해 capacitor의 거동 및 특성 확인 가능

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