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주름 구조를 이용한 마이크로스트립 패치 안테나의 소형화에 대한 연구 (Study for the Size Reduction of Microstrip Patch Antenna using Corrugation)

  • 송무하;우종명
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제14권2호
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    • pp.192-201
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    • 2003
  • 본 논문은 일반적인 평면형 마이크로스트립 패치 안테나의 크기를 줄이고자 1.575 GHz 대역에서 패치면을 입체적 구조인 단방향 선형 주름형, 사각 주름형 및 격자 요철형으로 제안, 설계하였다. 설계 결과, 단방향 선형 주름형은 평면형 구조에 비해 패치의 공진길이가 21.4 % 단축되었으며, -10 dB 반사손실 대역폭은 62 MHz로서 평면형의 39 MHz(2.5 %)에 비해 23 MHz(1.5 %) 증가하였다. 이득은 평면형의 6.7 dBd에 비해 0.9 dB 저하된 5.8 dBd를 나타내었다. 3 dB 빔폭은 공진길이 단축으로 인해 E-면에서만 18$^{\circ}$ 증가하였다. 사각 주름형의 경우, 패치의 가시적 크기는 평면형에 비해 21.6 %의 면적 축소효과를 얻었다. 격자 요철형의 경우, 먼저 선형편파에 대해 패치 면적은 평면형에 비해 43.3 %의 면적 축소효과를 얻었다. -10 dB 대역폭은 70 MHz (4.4 %)로 평면형에 비해 31 MHz(2%)증가하였다. 이득은 2.2 dBd로서 평면형에 비해 4.5 dB 저하되었고, -3 dB 빔폭은 E-면에서 22$^{\circ}$, H-면에서 13$^{\circ}$ 각각 증가하였다. 원형편파의 경우, 패치의 크기는 평면형에 비해 41 %가 축소되었고, 축비는 0.8 dB의 양호한 원편파 특성을 얻었으며, 2 dB 이내 축비 대역폭은 20 MHz(1.27 %)로 평면형의 10 MHz(0.63 %)에 비해 증가되었다. 이로써 본 논문에 제안된 안테나 구조가 소형화면에서 크게 효과가 있고, 대역폭 증가로 인해 다양한 서비스가 부가된 시스템에서의 활용 가능성이 확인되었다.

Mulit Element를 이용한 PIFA 구조의 Intenna에 관한 연구 (A Study on the Intenna Based on PIFA with Multi Element)

  • 임요한;장기훈;윤영중;김용진;김영일;윤익재
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제18권7호
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    • pp.784-795
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    • 2007
  • 본 논문에서는 휴대폰용 내장형 PIFA 형태를 바탕으로 안테나 면을 4개의 element로 나눔으로써 넓은 대역폭과 향상된 이득 특성을 갖는 multi element 안테나를 제안하였으며, CDMA 대역인 $824{\sim}896MHz$와 RFID 대역인 $908.5{\sim}914MHz$를 동시에 만족하도록 설계하였다. 제안된 안테나의 크기는 $35{\times}15{\times}5mm^3$로 S사 A 모델의 케이스를 바탕으로 설계되었으며, 각 element를 안테나 안쪽으로 접어 넣음으로써 안테나의 소형화를 이루었다. 안테나의 광대역 및 향상된 이득 특성을 얻기 위해 안테나의 면을 4개의 element로 나누었다. 그 결과 전류의 패스가 길어지고 나뉘어짐에 따라, 안테나의 중심 주파수가 낮아지고 대역폭이 넓어지는 특성을 보였다. 또한, 안테나를 여러 개의 element로 나눔으로써 좀 더 고른 전류 분포를 갖게 되어 안테나의 효율이 향상되고 이득 값이 향상되는 특성을 가질 수 있었다. 좀 더 고른 전류 분포를 유도하여 안테나의 효율을 향상시키기 위해 전류가 각 element로 직접 전달되도록 급전 점에 변화를 주었다. 그 결과, 안테나의 이득 값이 더욱 향상되었으며, 급전 구조에 변화를 주면서 element를 4개로 설계하여 그 특성을 고찰한 결과, 가장 높은 이득 값을 보임을 확인하였다. 안테나의 이득 값을 유지한 상태로 소형화하기 위해 전류 방향을 고려하여 안테나의 각 element를 안테나의 앞면은 아래쪽으로 양 옆면은 안테나의 안쪽으로 접어 넣었다. 또한, 급전 위치를 조절하여 안테나의 공진 길이를 늘리기 위해 급전 점의 위치를 접지면의 윗부분에 배치하였다. 케이스를 고려하지 않은 상태로 원하는 안테나 특성을 얻었다고 하더라도, 케이스에 부착되면 주파수가 이동되고 원하는 주파수 대역에서 안테나 이득 값이 저하되기 때문에 휴대폰 케이스에 부착 시 $150{\sim}200MHz$의 주파수 이동이 발생함을 확인한 후에 1.08 GHz에 공진 주파수가 나타나도록 설계하였으며, 공진 주파수에서의 측정된 최대 이득 값은 3.1 dBi를 나타내었다. 케이스를 고려하여 측정한 경우, VSWR<2 기준 임피던스 대역폭은 $0.824{\sim}0.936GHz$로 110 MHz의 대역폭을 갖고 CDMA 대역과 RFID 대역을 동시에 만족할 수 있음을 나타내었다. 측정된 이득 값은 최소 -3.4 dBi에서 최대 -0.5 dBi를 나타내었고, 무지향성 패턴을 보임을 확인하였다.

비만아에서 혈청 호모시스테인, 인슐린, 비타민 B12, 엽산 농도에 대한 연구 (Homocysteine, insulin, vitamin B12 and folic acid levels in obese children)

  • 박지윤;홍영미
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제49권5호
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    • pp.475-481
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    • 2006
  • 목 적 : 소아 비만의 빈도가 점점 증가하면서 비만으로 인한 고혈압, 관상동맥 질환, 고지혈증, 인슐린 저항, 당뇨병 등의 합병증이 문제가 되고 있다. 관상동맥 질환에서 호모시스테인 치의 증가, 비타민 $B_{12}$ 섭취의 감소가 중요한 역할을 하고 있음이 보고되고 있으나, 비만에서는 아직 호모시스테인, 인슐린, 비타민 $B_{12}$에 대한 연구가 많지 않은 실정이다. 저자들은 호모시스테인, 인슐린, 비타민 $B_{12}$, 엽산이 비만아에서 어떤 연관성을 갖고 있는지를 알아보기 위하여 본 연구를 실시하였다. 방 법 : 8세부터 11세 사이에 비만도가 130 이상인 중등도 비만아 27명을 대상군으로 하였고, 같은 연령의 30명의 정상 소아를 대조군으로 하였다. 신장, 체중을 이용하여 비만도와 체질량 지수를 산출하였고, 안정된 상태에서 수축기, 이완기 혈압을 측정하였다. 10시간 이상 금식 후 총 콜레스테롤, 중성지방, 호모시시테인, 인슐린, 비타민 $B_{12}$, 엽산을 측정하였다. 생체전기저항법을 이용하여 세포내액, 세포외액, 단백질, 무기질, 근육량, 체지방량, 체지방률, 복부지방률 등을 분석하였다. 결 과 : 호모시스테인은 비만군에서 $8.1{\pm}2.1{\mu}mol/mL$$4.9{\pm}1.0{\mu}mol/mL$인 정상군보다 유의하게 높았고, 인슐린도 비만군에서 $26.8{\pm}11.2{\mu}IU/mL$$12.5{\pm}5.24{\mu}IU/mL$인 정상군보다 유의하게 높았다. 비타민 $B_{12}$는 비만군에서 $798.6{\pm}174.3pg/mL$$967.8{\pm}405.0pg/mL$인 정상군보다 유의하게 낮았다. 그러나 엽산은 두 군 사이에 유의한 차이가 없었다. 비만군에서 인슐린은 수축기 혈압(r=0.535), 중성 지방(r=0.517), 총 콜레스테롤(r=0.408), 복부지방률(r=0.306)과 양의 상관관계가 있었다. 결 론 : 비만아에서 호모시스테인, 인슐린과 비타민 $B_{12}$가 의미있는 혈중 농도 차이를 보였으나 심혈관 질환 등의 성인병을 예방하는 예측 인자로 사용할 수 있는지 알기 위해 더 많은 연구가 필요하겠다.

비만 소아에서 폐기능 검사와 체성분 분석에 대한 연구 (Pulmonary Function Test and Body Composition Analysis in Obese Children)

  • 신지선;박지혜;김지영;김수정;홍영미
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제48권6호
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    • pp.588-593
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    • 2005
  • 목 적 : 비만아에서 폐기능 검사와 체성분 분석을 시행함으로써 비만이 폐기능과 체성분에 미치는 영향을 밝히고자 하였다. 방 법 : 9세에서 12세의 중등도 이상의 비만 소아 27명과 정상 대조군 20명을 대상으로 체성분(세포내액, 세포외액, 단백질, 무기질, 근육량, 체지방량, 체지방률, 복부지방률)을 분석하였다. 헤모글로빈, 혈당, aspartate aminotransferase(AST), alanine aminotransferase(ALT), 총 콜레스테롤, 혈중 중성지방을 측정하였고 폐기능 검사를 시행하였다. 결 과 : 중등도 이상의 비만 소아에서 peak expiratory flow rate(PEFR)이 정상군에 비해 유의하게 감소하였고, 고도 비만아에서 중등도 비만아보다 세포내액, 단백질, 체지방량, 체지방률, 복부지방률이 유의하게 높았고, peak expiratory flow rate(PEFR)은 고도 비만아에서 유의한 감소를 보였다. peak expiratory flow rate(PEFR)이 비만 소아 중 37.0%에서 감소하였고, forced expiratory flow 25%($FEF_{25}$)와 mid-expiratory flow rate(MEFR)이 14.8%에서, forced expiratory flow 50%($FEF_{50}$)이 11.1%에서, forced expiratory volume in 1st second($FEV_1$)과 FVC가 3.7%에서 감소하였다. 결 론 : 본 연구 대상인 9-12세 소아에서 비만도, 체지방률과 폐기능 측정치와 상관성은 없었지만, 중등도 이상의 비만 소아에서 peak expiratory flow rate(PEFR)이 감소하는 결과를 보이므로 중등도 비만 소아에서 폐기능 검사를 시행하는 것이 좋으며 앞으로 다른 연령군의 비만 소아에서 폐기능 검사에 대한 연구가 필요할 것으로 생각한다.

정상 망막과 변성 망막을 위한 전기자극 파라미터 (Electrical Stimulation Parameters in Normal and Degenerate Rabbit Retina)

  • 진계환;구용숙
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제19권1호
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    • pp.73-79
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    • 2008
  • 망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령 관련 황반변성(age-related Macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 최근에 국내에서도 망막이식장치 개발을 위한 연구팀이 조직되었다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성 망막의 전압자극 파라미터에 관한 실험을 하였다 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다 in-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{\mu}m$, 전극간 거리: $200{\mu}s$, 전극 임피던스 1kHz 에서 $50k{\Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 다채널전극의 60채널 중 두 채널을 자극전극과 접지로 사용하여 단극전기자극을 인가하였고 나머지 전극을 기록전극으로 사용하였다. 가한 전기자극은 전압자극으로 전하균형을 맞춘 이상성자극을 아노딕 사각파를 먼저 주고 캐쏘딕 사각파가 나중에 나오는 형태로 두 사각파간의 지체는 없도록 하였으며 동일한 자극을 2초 간격으로 50회 반복하여 인가하였다. 다양한 전기자극을 사용하였는 바 첫째는 사각파의 크기를 달리하였다 $(0.5{\sim}3V)$. 둘째는 사각파의 시간을 달리하였다 $(100{\sim}1,200{\mu}s)$. 전하밀도는 옴의 법칙과 쿨롱의 법칙을 이용하여 계산하였다. 전기자극으로 유발된 반응은 50회 자극에 대한 평균치를 얻은 후 자극 후 히스토그램(PSTH)을 그려 분석하였다. 전압자극의 크기를 $0.5{\mu}3V$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극은 1.5V이었고 이때 계산된 전하밀도의 역치는 $2.123mC/cm^2$이었다. 전압의 크기를 2V로 고정하고 자극 지속시간을 $100{\sim}1,200{\mu}s$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극의 역치는 $300{\mu}s$에서 관찰되었다. 이때 계산된 전하밀도의 역치는 $1.698mC/cm^2$이었다. L-(1)-2-amino-4-phosphonobutyric acid (APB)을 사용하여 ON-경로를 차단한 후에 전기자극을 인가하였을 때도 자극에 의해 망막신경절 세포의 반응이 유발되는 것을 확인하였다. APB-변성망막에서 전압의 크기를 2V로 고정하고 자극 지속시간을 $100{\sim}1,200{\mu}s$로 달리하였을 때 믿을 만한 망막신경절세포가 유발되는 자극의 역치는 $300{\mu}s$에서 관찰되었으며 이는 정상망막의 결과와 같았다. 추후 APB-변성망막을 가지고 좀더 실험이 진행되어야 정상망막과 변성망막의 전하밀도에 관한 명료한 비교가 가능할 것이다.

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정상 마우스와 rd/rd 마우스의 망막파형 비교 (Comparison of Retinal Waveform between Normal and rd/rd Mouse)

  • 예장희;서제훈;구용숙
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제19권3호
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    • pp.157-163
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    • 2008
  • 망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령관련 황반변성(age-related macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성망막의 망막파형 차이에 관한 연구를 하였다. 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다. In-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{\mu}m$, 전극간 거리: $200{\mu}m$, 전극 임피던스 1 kHz에서 50 $k{\Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 생후 28일된 정상마우스(C57BL/6J 종)에서는 짧은 시간대(<2 ms)의 망막 스파이크만 기록되었다. rd/rd 마우스(C3H/HeJ 종)에서는 정상적인 스파이크뿐만 아니라 약 100 ms 의 시간대를 가지는 느린 파형이 같이 기록되었다. 우리는 rd/rd 마우스에서만 관찰되는 이 느린 파형의 기전을 알아보고자 여러 가지 시냅스억제제를 사용하였다. 이 느린 파형은 rd/rd 마우스에서 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 정상마우스보다 강화되었기 때문에 발생한 것으로 보인다. rd/rd 마우스에서 흥분성입력이 강화되는 여러 가능성 중에서 망막변성으로 인해 수평세포로부터 양극세포로 들어오는 억제성 입력이 소실됨으로 인해 결과적으로 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 강화되었을 가능성이 가장 높은 것으로 보인다.

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폐색전증의 진단에 있어 혈청 D-dimer 측정의 진단적 가치 (Plasma D-dimer Determination in the Diagnosis of Pulmonary Embolism)

  • 임채만;김홍규;최강현;이상도;고윤석;김우성;장재석;김동순;김원동
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제43권1호
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    • pp.69-74
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    • 1996
  • 연구배경: 폐색전증의 진단에 있어 확전법인 폐동맥 조영술은 관혈적이고 임상에서의 제약이 있으며, 폐환기-관류주사는 비고확률 소견인 경우 진단적 민감도 및 특이도가 낮은 문제가 있다. 혈장 D-dimer는 섬유소분 해산물로 임상적으로 폐색전증이 의심되는 환자에서 증가되는 것이 알려져 있어 혈장 D-dimer의 측정이 폐색전증에 있어 어떤 진단적 가치가 있는지 알아보고자 하였다. 방법: 전향적 임상연구로 정상대조군 21예와 폐색전증 환자군 9예에서 latex agglutination법에 의해 혈장 D-dimer를 측정하고 폐동맥조영술 결과와 비교하였다. 결과: 1) 대조군 및 폐색전증군의 혈장 D-dimer치; 대조군의 혈장 D-dimer치는 21예중 0.5 mg/L 미만 11예, 0.5 mg/L 보다 높은 경우 10예 였고, 폐색전증군 9예중 0.5 mg/L 미만 1예, 0.5 mg/L 보다 8예로 혈장 D-dimer치가 0.5 mg/L 이상으로 증가된 양성율은 폐색전증군에서 대조군에 비해 유의하게 많았다(p=0.049). 2) 혈장 D-dimer치의 진단적 효용; 혈장 D-dimer치 0.5 mg/L를 cut-off으로 했을 때 폐색전증 진단의 민감도 88.9%(8/9), 특이도 52.4%(11/21), 양성예측치 44.4%(8/18) 및 음성 예측치 91.7%(11/12)였다. 결론: 폐색전증의 진단에 있어 D-dimer의 측정치가 cut-off(0.5 mg/L)치 이내인 경우 폐색전증의 존재 가능성은 매우 적을 것으로 사료되었다.

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신체질량지수 및 체지방률, 그리고 제지방지수가 폐기능 검사에 미치는 영향 -노력성 호기곡선을 중심으로- (The Effect of Body Mass Index, Fat Percentage, and Fat-free Mass Index on Pulmonary Function Test -With Particular Reference to Parameters Derived from Forced Expiratory Volume Curve-)

  • 박지영;백종해;박혜정;배성욱;신경철;정진홍;이관호
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제54권2호
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    • pp.210-218
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    • 2003
  • 연구배경 : 폐기능 검사는 폐질환을 진단하는 가장 기본적인 검사방법이며, 현재 연령과 신장을 포함하는 폐기능 검사의 예측식이 많이 이용되고 있다. 체성분 중 체지방량의 감소는 폐용적 증가와 상관관계가 있으며, 제지방량은 대개 근육으로 구성되어 있어 호흡근 훈련을 포함하여 물리적인 노력에 의해 증가될 수 있다. 이런 관점에서 볼 때 체지방량과 근육량의 변화는 폐기능에 영향을 미칠 가능성이 많다. 본 연구는 연령과 신장 뿐만 아니라 체질량지수, 체지방률, 제지방지수가 노력성 폐활량, 1초간 노력성 호기량, 노력성 호기중간유량 등 노력성 호기곡선에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 방 법 : 2000년 1월부터 2001년 12월까지 영남대학교 의과대학 부속병원 건강검진센터를 방문한 사람 중 폐기능 검사와 체성분 분석을 시행하여 폐기능이 정상이고 과거 특이한 병력이 없으며 검진 결과가 정상인 300명(남자 : 150명, 여자 : 150명) 평균 연령은 $45{\pm}13$세였다. 폐활량 측정법을 이용하여 측정한 폐기능 검사결과와 체성분 분석결과를 이용하여, 이들간의 관계를 다중회귀분석을 이용하여 분석하였다. 결 과 : 남자의 경우 노력성 폐활량을 설명하는데 제지방지수가 통계적으로 유의하였으며(p<0.05, $r^2=0.432$), 1초간 노력성 호기량을 설명하는데 체지방률과 제지방지수가 통계적으로 유의하였다(p<0.05, $r^2=0.567$). 여자의 경우 노력성 폐활량과 1초간 노력성 호기량을 설명하는데 체질량지수(FVC: p<0.05, $r^2=0.435$, $FEV_1$: p<0.05, $r^2=0.597$)와 체지방률(FVC: p<0.05, $r^2=0.491$, $FEV_1$: p<0.05, $r^2=0.654$)이 통계적으로 유의하였으며, 노력성 호기중간유량은 체지방률과 유의한 관련이 있었다(p<0.05, $r^2=0.337$). 결 론 : 체질량지수 및 체지방률 그리고 제지방지수는 노력성 폐활량, 1초간 노력성 호기량에 영향을 미치는 독립변수로 생각되며, 이들 체성분을 고려한 폐기능 검사도 임상에서 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

다결정 Pt 전극계면에서 음극 H2 발생반응을 위한 전착된 수소의 Langmuir 흡착등온식에 관한 위상이동 방법 (The Phase-Shift Method for the Langmuir Adsorption Isotherms of Electroadsorbed Hydrogens for the Cathodic H2 Evolution Reactions at the Poly-Pt Electrode Interfaces)

  • 천장호;전상규;이재항
    • 전기화학회지
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    • 제5권3호
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    • pp.131-142
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    • 2002
  • 순환전압전류 및 교류임피던스 기법을 이용하여 다결정 Pt/0.5M $H_2SO_4$ 및 0.5M LiOH수용액 계면에서 저전위 수소흡착(UPD H) 과 전위 수소흡착(OPD H)에 관한 Langmuir 흡착등온식 $({\theta}\;vs.\;E)$ 을 연구조사 하였다. 계면에서 치적중간주파수일 때 위상이동$(0^{\circ}{\leq}{-\phi}{\leq}90^{\circ})$ 거동은 표면피복율$(1{\geq}{\theta}{\geq}0)$ 거동에 정확하게 상응한다. 위상이 동 방법 즉 최적중간주파수일 때 위상이동 변화$({-\phi}\;vs.\;E)$는 계면에서 음극 $H_2$ 발생 반응에 관한 UPD H와 OPDH의 Langmuir흡착등온식을 결정할 수 있는 새로운 전기화학적 방법으로 사용할 수 있다 다결정 Pt/0.5M $H_2SO_4$ 수용액 계면에서 OPD H의 흡착평형상수(K)와 표준자유에너지$({\Delta}G_{ads})$는 각각 $2.1\times10^{-4}$와 21.0kJ/mol 이다. 다결정 Pt/0.5M LiOH 수용액 계면에서 K는 음전위(E)에 따라 2.7 (UPD H)에서 $6.2\times10^{-6}$ (OPD H) 또는 $6.2\times10^{-6}$(OPD H)에서 2.7 (UPD H)로 전이한다. 유사하게 ${\Delta}G_{ads}$는 E에 따라 -2.5kJ/mol (UPD H)에서 29.7kJ/mol (OPD H)또는 29.7kJ/mol (OPD H)에서 -2.5kJ/mol (UPD H)로 전이한다. K와 ${\Delta}G_{ads}$의 전이는 다결정 Pt전극 표면의 상이한 UPD H와 OPD H의 흡착부위에 기인한다. 다결정 Pt전극 계면에서 UPD H와 OPD H는 음극 $H_2$ 발생 반응에 따른 순차적 과정이 아니라, 수소 흡착부위 자체에 따른 독립적 과정이다. UPD H와 OPD H의 기준은 음극 $H_2$발생 반응과 전위가 아니라, 수소 흡착부위와 과정이다. 수용액에서 음극 $H_2$발생 반응에는 다결정 Pt선 전극이 단결정 Pt(100)원반 전극보다 더 효율적이고 유용하다 위상이동 방법은 열역학적 방법과 상충적이 아니라, 보완적이다.

전해질 첨가제에 따른 graphite 음극의 SEI분석 및 전기 화학적 특성 고찰 (Characterization of SEI layer for Surface Modified Cathode of Lithium Secondary Battery Depending on Electrolyte Additives)

  • 이성진;차은희;임수아
    • 전기화학회지
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    • 제19권3호
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    • pp.69-79
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    • 2016
  • 높은 에너지 밀도를 지닌 리튬 이온 전지는 현재 리튬 이온 전지에 상용화된 음극 활물질인 천연 흑연의 보다 높은 율 별 특성과 안정한 장수 명 특성을 요구하고 있다. 천연 흑연계 음극 활물질을 이용하여 리튬 전지 음극을 제작하여, SEI 피막의 형성 및 제어의 대표적인 전해질 첨가제인 VC (vinylene carbonate), VEC (vinyl ethylene carbonate), FEC (fluoroethylene carbonate)등의 다양한 첨가제를 사용하여 초기 반응에 의해 생성되는 SEI 피막을 분석하고 이에 따른 전기 화학 특성 변화를 측정하기 위하여 SEM, EVS (electorochemical voltage spectroscopy), 피막 분석, EIS (electrochemical impedance spectroscopy), FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy)등을 측정하여, 고온 수명 평가, 용량 유지율 및 성능 평가를 실시하여, $0^{\circ}C$ 수명특성 이후의 음극에 대한 분석을 비교 및 분석 평가 하였다. 초기 충전 시 profile에서 SEI의 형성에 의한 변화를 나타냈으며, EVS를 통하여 No-Additive가 약 0.9 V에서 SEI의 형성이 이루어지지만, VC, VEC, FEC의 경우 1 V 이상에서 형성반응이 이루어졌다. $60^{\circ}C$ 수명특성평가에서 초기 효율은 No-Additive가 가장 높게 나타나며 용량 유지율이 높게 나타났으나, cycle이 진행 될수록 충전 시 용량과 효율이 감소하여 VC, FEC보다 용량 유지율이 낮아졌고, VEC는 효율 및 용량 유지율 모두 성능이 가장 낮게 나타났다. SEM을 통하여 SEI의 변화를 확인할 수 없었지만, FT-IR을 통하여 SEI의 성분이 cycle이 진행이 될수록 첨가제에 의해 $2850-2900cm^{-1}$영역의 Alkyl carbonate ($RCO_2Li$) 계열의 성분이 더욱 견고하게 유지되는 것을 확인하였으며, EIS를 통하여 cycle이 진행될수록 저항은 증가하는 것으로 나타났고, 특히 No-Additive 및 VEC의 SEI에 의한 저항이 매우 커졌다는 것을 알 수 있었다.