초록 ▼

연구의 목적 및 내용
최근에 발전하는 IT, BT, NT와 관련하여 전기화학 측정법이 발전하고 있다. 일반적인 전류, 전압의 수준에서 측정이 불가능한 것을 임피던스 분광법을 통해서 측정하는데 있어 기존의 주파주 반응 분석법은 측정 시간이 오래 걸리고 실시간 측정이 불가능하여 응용의 한계가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 푸리에 변환 임피던스 측정법을 개발하고 활용하기로 한다.

내용은 3년 연구 과제에 맞게 크게 세 부분으로 세분화되어 있으며 연차별로 비중을 연구 단계에 맞게 차등화하여 수행하였다. 1년차에서는

연구의 목적 및 내용
최근에 발전하는 IT, BT, NT와 관련하여 전기화학 측정법이 발전하고 있다. 일반적인 전류, 전압의 수준에서 측정이 불가능한 것을 임피던스 분광법을 통해서 측정하는데 있어 기존의 주파주 반응 분석법은 측정 시간이 오래 걸리고 실시간 측정이 불가능하여 응용의 한계가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 푸리에 변환 임피던스 측정법을 개발하고 활용하기로 한다.

내용은 3년 연구 과제에 맞게 크게 세 부분으로 세분화되어 있으며 연차별로 비중을 연구 단계에 맞게 차등화하여 수행하였다. 1년차에서는 실시간으로 측정이 가능한 푸리에 변환 전기화학 임피던스 (FTEIS) 장치를 구축하고, 2년차에서는 구체적인 전기화학 현상을 대상으로 하여 실시간 모니터링을 하여 보다 실용적인 측면을 강조하였다. 3년차에서는 그동안 측정된 실험적 결과를 바탕으로 기존의 전기화학 이론을 전개하여 하여 시뮬레이션을 수행하고, 이러한 실험적/이론적 결과를 반영한 조건에 따른 임피던스 모델을 설정함으로써 기술의 완성을 목표로 한다.

연구결과
세분화된 연구 내용이 유기적인 결과를 내었다. 1차 목표는 실시간 측정 방법에 대한 개발이었으며, 그 결과 고속으로 전기화학임피던스 측정이 가능한 장치와, 실시간 분석 및 모니터링 할 수 있는 알고리즘을 이용한 소프트웨어를 만들 수 있었다. 더 나아가 광학적 분광법을 접목하여 전기화학적-광학적 분광법 장치를 개발할 수 있었다. 2차 목표는 이를 이용하여 다양한 화학적 현상을 관찰하는 것인데, 플렉서블 커패시터, 단백질 접힘 과정 등을 관찰할 수 있었으며, 탄소 나노 입자의 성질도 연구 중에 있다. 3차 목표는 실험적 결과를 토대로 전기화학의 이론을 발전시켜 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 전기화학적 현상을 임피던스로 모델링하는 것이다. 이를 수행하기 위해 유한 원소 방법(FEM)을 적용하여 시간, 전위에 따른 임피던스의 변화를 예측하고 그 결과를 이용하여 전기화학적 현상을 이해할 수 있었다.

연구결과의 활용계획
연구 기간 동안의 연구 결과는 실시간 전기화학 임피던스 측정 장치를 개발하고 다양한 분야에 응용할 수 있음을 보여주었다. 이러한 측정 장치를 좀 더 실용적인 방면에 집중하여 활용할 계획이다. 최근 전기 자동차의 발전이 급속도로 이루어지고 있으며, 발전의 병목 현상은 용량과 충/방전 속도로 보고 있다. 전력의 사용을 단순한 전류-전압 관계가 아닌 임피던스로 실시간 모니터링 함으로써, 효율적인 전력 시스템으로 운영할 수 있을 것으로 생각된다. 이러한 활용을 위해 이미 같이 연구 개발에 참여했던 정보통신공학과, 화학공학과의 연구팀과 공동 연구를 진행할 계획이다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
Recent advancement of electrochemical measurement techniques is pacing with those of IT, BT and NT. Electrochemical impedance spectroscopy is a powerful tool but its shortcoming is long measurement time. In order to overcome it, real-time FTEIS is developed. While an electrochemi

Purpose&contents
Recent advancement of electrochemical measurement techniques is pacing with those of IT, BT and NT. Electrochemical impedance spectroscopy is a powerful tool but its shortcoming is long measurement time. In order to overcome it, real-time FTEIS is developed. While an electrochemical reaction occurs, its current and real-time impedance spectra are recorded simultaneously.

The contents of the research consists of three part in accordance with the 3-year plan. The first year is for completing the real-time FTEIS system, the second year for application of FTEIS to practical electrochemical systems, and the third year for FEM-based simulation for FTEIS to suggest theoretical models of electrochemical reactions.

Result
The three subdivided plans have completed sequentially. The first year plan was completed by building the FTEIS system including the operating softwares able to monitor electrochemical phenomena in real-time. Furthermore, the system was coupled to a photo-spectroscopy that conducts synchronized with FTEIS. The second year plan was completed by applying FTEIS to study on practical chemical system such as a paper-based flexible capacitor, folding and unfolding of green fluorescent protein and carbon nano particles. The paper-based flexible capacitor has different electron transfer pathways and charge accumulation mechanis according to the porous structures and materials. The kinetics of folding and unfolding proteins are observed by an electrohcemical method in real-time and learned to be different according to the surrounding conditions.

The third year plan was completed by conducting computer simluations which are done by the finite element method and able to predict appropriate models of electrochemical impedance changing with time and potential.

Expected Contribution
We have developed the real-time FTEIS to prove the technical concept and applicabilities from experiemental and theoretical aspects. The technique can extensively applied to energy storage systems of electric vehicles. The bottle-neck for EV is the electrical charging and the effective power consumption for longer driving. Those problems can be studied by monitoring the battery status with real-time FTEIS which resolves complex electron transfer and accumulation processes. As FTEIS is a fast analyzing system for electrochemistry able to be coupled to other measuremeant techniques, it is expected to contribute to development of electric vehicles.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 13
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 14
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 15
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 15
• 8. 참고문헌 ... 15
• 9. 연구성과 ... 16
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 16
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 16
• 12. 기타사항 ... 16
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 17
• 끝페이지 ... 18