KR102203806B1 - 전기화학적 흐름 전지, 이를 이용한 실시간 x-선 흡수법 측정 시스템, 및 상기 흐름 전지에 사용되는 전극 구조체 - Google Patents

전기화학적 흐름 전지, 이를 이용한 실시간 x-선 흡수법 측정 시스템, 및 상기 흐름 전지에 사용되는 전극 구조체 Download PDF

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Abstract

전기화학적 흐름 전지, 이를 이용한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템, 및 상기 흐름 전지에 사용되는 전극 구조체가 제공된다. 상기 전기화학적 흐름 전지는 전기화학적 반응이 가능하도록 기준전극, 상대전극, 작업전극 3전극을 하나의 반응 전지에 포함하여, 작업전극의 전극 물질을 X-선 흡수 분광법을 활용하여 실시간 분석 가능하고, 전기화학적 반응 중 발생하는 기체의 X-선 신호의 간섭효과를 막을 수 있다.

Description

전기화학적 흐름 전지, 이를 이용한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템, 및 상기 흐름 전지에 사용되는 전극 구조체{Electrochemical flow cell, system for in-situ/operando X-ray absorption spectroscopy using the flow cell, and electrode structure used in the flow cell}
전기화학적 흐름 전지, 이를 이용한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템, 및 상기 흐름 전지에 사용되는 전극 구조체에 관한 것이다.
전기화학적 촉매의 반응 및 내구성 저하 메커니즘 연구는 효율적인 촉매 디자인을 위해서 매우 중요한 요소이다. 일반적 전기화학 실험은 반응물과 생성물의 전기화학적 시그널을 통해 촉매 활성 및 내구성을 평가하지만, 실제 반응물이 촉매 표면에서 어떻게 반응하는지는 알 수 없다. 또한, 반응 중 촉매 물질이 어떤 전자기적, 구조적 변화를 일으키고, 이러한 변화가 반응에 어떤 영향을 미치는지 알 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 실시간 분석법이 활용되고 있으며, 이들 중 가속기 기반 X-선 흡수법 (X-ray absorption spectroscopy, XAS) 분석은 물질의 전자기적 구조와 기하학적 구조를 실시간 분석할 수 있어 최근 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 가속기 기반 X-선 흡수법은 X-ray absorption near edge fine structure (XANES)와 Extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) 정보를 얻을 수 있다. 위 두 정보를 통해 측정하는 물질의 기하 구조 (geometric structure) 및 전자기적 구조 (electronic structure)를 확인할 수 있다. 특히, 전기화학 촉매의 경우, 전기화학 반응 중 발생하는 기하 구조 및 전자기적 구조 변화를 통해 물질의 산화 정도 (산화수, oxidation state), 각 원자간 거리 등을 확인하는데 가속기 기반 X-선 흡수법이 활용되고 있다.
그러나, 전기화학 반응은 인가되는 전압에 따라 실시간 전극 조성 및 상 구조가 변화하는 특성을 가지고 있기 때문에 반응이 끝난 전극의 X-선 흡수 분석은 정확한 정보를 얻는데 한계가 있다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여, X-선 흡수법을 실시간 측정하는 경우에도, 여전히 해결해야 할 많은 문제점들이 존재한다. 예를 들어, X-선이 전해 용액을 투과할 때 X-선의 감도가 저하되는 문제가 있고, 일부 전기화학적 전극 촉매 반응에서는 산소, 수소, 일산화탄소 등의 기체가 발생하는데 이러한 생성물들이 X-선의 경로에 있을 경우 X-선 데이터에 노이즈로 작용할 수 있어 큰 문제로 여겨지고 있다.
따라서, 실시간 X-선 흡수법 측정시 X-선의 감도 저하, 신호 저하 등의 문제를 해결할 수 있는 디바이스의 개발이 요구된다.
전기화학적 촉매의 반응 및 내구성 저하 메커니즘 연구는 효율적인 촉매 디자인을 위해서 매우 중요한 요소이다. 일반적 전기화학 실험은 반응물과 생성물의 전기화학적 시그널을 통해 촉매 활성 및 내구성을 평가하지만, 실제 반응물이 촉매 표면에서 어떻게 반응하는지는 알 수 없다. 또한, 반응 중 촉매 물질이 어떤 전자기적, 구조적 변화를 일으키고, 이러한 변화가 반응에 어떤 영향을 미치는지 알 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 실시간 분석법이 활용되고 있으며, 이들 중 가속기 기반 X-선 흡수법 (X-ray absorption spectroscopy, XAS) 분석은 물질의 전자기적 구조와 기하학적 구조를 실시간 분석할 수 있어 최근 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 가속기 기반 X-선 흡수법은 X-ray absorption near edge fine structure (XANES)와 Extended x-ray absorption fine structure (EXAFS) 정보를 얻을 수 있다. 위 두 정보를 통해 측정하는 물질의 기하 구조 (geometric structure) 및 전자기적 구조 (electronic structure)를 확인할 수 있다. 특히, 전기화학 촉매의 경우, 전기화학 반응 중 발생하는 기하 구조 및 전자기적 구조 변화를 통해 물질의 산화 정도 (산화수, oxidation state), 각 원자간 거리 등을 확인하는데 가속기 기반 X-선 흡수법이 활용되고 있다.
그러나, 전기화학 반응은 인가되는 전압에 따라 실시간 전극 조성 및 상 구조가 변화하는 특성을 가지고 있기 때문에 반응이 끝난 전극의 X-선 흡수 분석은 정확한 정보를 얻는데 한계가 있다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여, X-선 흡수법을 실시간 측정하는 경우에도, 여전히 해결해야 할 많은 문제점들이 존재한다. 예를 들어, X-선이 전해 용액을 투과할 때 X-선의 감도가 저하되는 문제가 있고, 일부 전기화학적 전극 촉매 반응에서는 산소, 수소, 일산화탄소 등의 기체가 발생하는데 이러한 생성물들이 X-선의 경로에 있을 경우 X-선 데이터에 노이즈로 작용할 수 있어 큰 문제로 여겨지고 있다.
따라서, 실시간 X-선 흡수법 측정시 X-선의 감도 저하, 신호 저하 등의 문제를 해결할 수 있는 디바이스의 개발이 요구된다.
본 발명의 일 측면에서는,
광도입부가 형성된 전방부재;
상기 전방부재의 후방에 배치되는 후방부재;
상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되며, 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간이 형성된 중간부재;
전해질과 접촉하는 기준전극을 구비한 기준전극부;
전해질과 접촉하는 상대전극을 구비한 상대전극부;
상기 전방부재와 상기 중간부재 사이에 배치되며 적어도 일부분이 상기 광도입부로부터 도입된 광의 경로에 배치되는 작동전극과, 상기 작동전극에 접속하는 작동전극 접속부를 구비하는 작동전극부;
상기 전해질 흐름 공간에 전해질을 도입하는 전해질 도입부; 및
상기 전해질 흐름 공간으로부터 전해질이 배출되는 전해질 배출부;를 포함하며,
상기 전해질 흐름 공간은,
상기 기준전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제1공간;
상기 작동전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제2공간; 및
상기 상대전극과 접촉하는 전해질이 배치되는 제3공간;
을 포함하는 전기화학적 흐름 전지가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서는,
상기 전기화학적 흐름 전지를 포함하는 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서는,
비전도성 투명 필름;
상기 투명 필름의 적어도 일면에 배치된 전기전도성 필름;
상기 전기전도성 필름 상에 배치된 촉매 전극층; 및
상기 전기전도성 필름 상에 배치되고, 상기 촉매 전극층과 전기적 신호를 주고 받기 위한 접속부분;
을 포함하는 실시간 X-선 흡수법 측정을 위한 전기화학적 흐름 전지용 전극 구조체가 제공된다.
일 구현예에 따른 전기화학적 흐름 전지는, 전기화학 반응을 하면서 X-선 흡수법 측정 중 발생하는 X-선의 투과 및 형광 신호 등을 측정할 수 있도록 구성되며, 전극에서 발생하는 생성물, 특히 기체 등을 바로 흘려줌으로써 반응물에 영향 없이 X-ray absorption fine structure(XAFS) 정보를 실시간 측정할 수 있다. 또한, 흐름 전지의 촉매 전극층이 X-선이 들어오는 창과 일체화 되어 있어 전해질의 영향 없이 형광되는 X-선을 높은 감도로 측정할 수 있고, 흐름 전지의 후방에서 투과되는 X-선도 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 전면을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 후면을 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 분해 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 작동전극에 광이 조사되고, 전기 화학 반응이 일어나는 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지를 이용한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템의 개략적인 도면이다.
도 7은 실시예 1에서 제조한 전기화학적 흐름 전지에 대하여, 평가예 1에 따라 이리듐 니켈 합금 촉매의 pH를 달리한 활성화 전후 X-선 흡수 분광법을 통한 XANES (X-ray absorption near edge structure) 평가 결과 그래프이다.
도 8은 실시예 1에서 제조한 전기화학적 흐름 전지에 대하여, 평가예 2에 따라 이리듐 니켈 합금 촉매의 pH를 달리한 활성화 전후 X-선 흡수 분광법을 통한 EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure) 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 실시예 2에서 제조한 전기화학적 흐름 전지에 대하여, 평가예 3에 따라 이리듐 니켈 합금 촉매의 산소 발생 반응 및 수소 발생 반응 전후의 XANES와 EXAFS 결과 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 흐름 전지, 이를 이용한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템, 및 상기 전기화학적 흐름 전지에 사용되는 전극 구조체에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 흐름 전지는,
광도입부가 형성된 전방부재;
상기 전방부재의 후방에 배치되는 후방부재;
상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되며, 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간이 형성된 중간부재;
전해질과 접촉하는 기준전극을 구비한 기준전극부;
전해질과 접촉하는 상대전극을 구비한 상대전극부;
상기 전방부재와 상기 중간부재 사이에 배치되며 적어도 일부분이 상기 광도입부로부터 도입된 광의 경로에 배치되는 작동전극과, 상기 작동전극에 접속하는 작동전극 접속부를 구비하는 작동전극부;
상기 전해질 흐름 공간에 전해질을 도입하는 전해질 도입부; 및
상기 전해질 흐름 공간으로부터 전해질이 배출되는 전해질 배출부;를 포함하며,
상기 전해질 흐름 공간은,
상기 기준전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제1공간;
상기 작동전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제2공간; 및
상기 상대전극과 접촉하는 전해질이 배치되는 제3공간;을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 흐름 전지는 기준전극, 상대전극, 작동전극을 하나의 반응 전지 내에 포함하는 3전극 시스템으로, 작동전극은 X-선 투과 창과 일체화된 전극 구조를 가지고, 전극 촉매 물질을 X-선 투과 창에 직접 도포함으로써 작동전극과 창의 일체화를 통해 수계 전해질에 의한 X-선 감도 저하 문제를 최소화할 수 있다.
또한, X-선의 감도를 높이기 위해 전해질이 있는 공간을 최소화하기 위하여, 전기화학적 흐름 전지에서 각 전극이 위치하는 공간을 분리하여 전해질의 머무름을 최소화하고, 각 전극 간 이온들의 이동 및 작동전극에서 용해된 이온들의 이동 용이성을 위해 유로로 연결된 구조를 갖는다. 작동전극이 전기화학적 반응 및 신호를 주고 받을 수 있도록 기준전극, 상대전극, 작동전극이 전해질로 연결되게끔 유로를 사용하여 연결하였으며, 적합 반응에 따라 각 전극을 교체할 수 있도록 전기화학적 흐름 전지에 기준전극, 상대전극, 작동전극의 탈부착이 가능하다.
또한, 전기화학적 흐름 전지의 유로는 전기화학 반응 후 생성되는 반응물 및 기체들이 체류하지 않고 흐를 수 있도록 구성되며, 예를 들어 아래에서 위 방향으로 유로를 설계하여 기체 등의 생성물을 빠르게 제거되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 전면을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 후면을 도시한 개략적인 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 전기화학적 흐름 전지의 개략적인 분해 단면도이다.
본 실시예에 따른 전기화학적 흐름 전지(100)는, 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130), 기준전극부(140), 상대전극부(150), 작동전극부(160), 전해질 도입부(170), 전해질 배출부(180)를 포함한다. 전해질은 액체 전해질이며, 예를 들어 수계 전해질일 수 있다.
흐름 전지(100)의 소재는 전기가 통하지 않는 물질을 사용하여 다양한 pH 조건의 전해질에서 평가가 가능하도록 내산성, 내염기성을 가지는 것이 바람직하다.
전방부재(110)는 흐름 전지(100)의 부분 중 앞쪽에 배치되는 부분이다.
본 실시예에 따른 전방부재(110)는 원형 판상의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 전방부재의 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면 본 발명에 따른 전방부재의 형상은 사각형 판상의 형상을 가질 수도 있다.
전방부재(110)에는 광도입부(111)가 형성되어 있는데, 광도입부(111)는 광발생기(LM)에서 생성된 X-선 등의 광이 도입되는 곳이다. 즉 광도입부(111)는 광이 통과되는 구멍의 형상을 가지고 있으므로, 광도입부(111)를 통해 광발생기(LM)에서 생성된 X-선 등의 광이 도입된다. 광발생기(LM)는 X-선을 발생시키는 가속기 장치일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광발생기(LM)에서 방출되는 광의 일부가 작동전극부(160)에서 반사되어 나오는 형광 (fluorescent, If)을 효과적으로 측정할 수 있도록, 광도입부(111)의 주변에 위치한 광도입부 주변부(111a)는 경사진 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 광도입부(111)는 광이 통과되는 구멍의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 광도입부의 형상은, 광도입부를 통해 흐름 전지(100)의 기능을 수행할 수 있을 정도의 광이 충분히 도입될 수 있으면 되고, 그 구체적인 형상에 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 광도입부는 구멍의 형상이 아니라 광이 투과되어 도입될 수 있는 유리, 플라스틱, 합성소재 등의 광투과성 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 후방부재(120)는 전방부재(110)의 후방에 배치된다.
본 실시예에 따른 후방부재(120)는 원형 판상의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 후방부재의 형상에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 본 발명에 따른 후방부재의 형상은 사각형 판상의 형상을 가질 수도 있다.
후방부재(120)에는 광배출부(121)가 배치되는데, 광배출부(121)는 광도입부(111)와 작동전극(161)을 순차로 투과한 광이 배출되는 곳이다. 즉, 광배출부(121)는 광이 통과되는 구멍의 형상을 가지고 있으므로, 광배출부(121)를 통해 작동전극(161)을 투과한 광이 배출된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 광배출부(121)로부터 투과되어 나오는 광 (transmission, It)을 효과적으로 측정할 수 있도록, 광배출부(121)의 주변에 위치한 광배출부 주변부(121a)는 경사진 형상을 가지도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 광배출부(121)는 광이 통과되는 구멍의 형상을 가지고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 광배출부의 형상은, 광배출부를 통해 흐름 전지(100)의 기능을 수행할 수 있을 정도의 광이 충분히 배출될 수 있으면 되고, 그 구체적인 형상에 특별한 제한은 없다. 예를 들면, 광배출부는 구멍의 형상이 아니라 광이 투과되어 나올 수 있는 유리, 플라스틱, 합성소재 등의 광투과성 소재로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 광배출부(121)는 구멍의 형상으로 형성되어 있기 때문에, 제2공간(131b)의 전해질의 배출을 방지하기 위해 광투과부재(121b)가 설치된다. 광투과부재(121b)는 광이 투과되어 배출될 수 있는 유리, 플라스틱, 합성소재 등의 광투과성 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들면 광투과부재(121b)는 폴리이미드 필름으로 구성될 수 있다.
광배출부(121)가 구멍의 형상이 아니라 광이 투과되어 나올 수 있는 유리, 플라스틱, 합성소재 등의 광투과성 소재로 이루어지는 경우, 광투과부재(121b)는 없어도 된다.
또한 후방부재(120)에는 기준전극부 설치구멍(122), 상대전극부 설치구멍(123), 작동전극접속부 설치구멍(124)이 형성되는데, 여기에 각각 기준전극부(140), 상대전극부(150), 작동전극접속부(162)가 설치된다. 여기서, 기준전극부 설치구멍(122), 상대전극부 설치구멍(123), 작동전극접속부 설치구멍(124)의 내주에는 나사가 형성되는 것이 바람직한데, 그 경우 기준전극 지지부(142), 상대전극 지지부(152), 작동전극 접속부(162)의 외주면들에도 나사가 형성되어 서로 나사결합됨으로써, 기준전극부(140), 상대전극부(150), 작동전극접속부(162)가 단단하게 체결되고, 나아가 기준전극부 설치구멍(122), 상대전극부 설치구멍(123), 작동전극접속부 설치구멍(124)을 통한 전해질의 유출을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 후방부재(120)에는 기준전극부 설치구멍(122), 상대전극부 설치구멍(123), 작동전극접속부 설치구멍(124)이 형성되지만 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 후방부재(120)에 기준전극부 설치구멍(122), 상대전극부 설치구멍(123), 작동전극접속부 설치구멍(124)이 설치되지 않을 수 있으며, 그 경우 기준전극부 설치구멍(122), 상대전극부 설치구멍(123), 작동전극접속부 설치구멍(124)은 전방부재(110)에 설치될 수 있다.
기준전극부(140), 작동전극부(160), 상대전극부(150)는 각 전기화학 반응에 따라 다르게 적용될 수 있으므로, 흐름 전지에 탈부착이 가능하도록 하여 각 전극을 교체할 수 있다.
한편, 중간부재(130)는 전방부재(110)와 후방부재(120) 사이에 배치되며, 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)는, 볼트(B), 너트(N)를 이용한 나사 결합에 의해 서로 고정된다.
본 실시예에 따르면 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)는 나사 결합에 의해 서로 고정되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)는 여러 방법에 의해 서로 고정될 수 있다. 예를 들면, 접착제 고정, 리벳 고정, 테이프 고정 등 여러 고정 방법이 적용될 수 있다.
중간부재(130)에는 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간(131)이 형성되어 있다. 작동전극(161)에서 반응 후 생성되는 물질 및 기체가 작동전극 표면에 잔류하여 전기화학 반응 및 X-선의 흡수 및 투과 등을 방해하지 않도록 하기 위하여, 전해질 흐름 공간(131)을 통하여 전해질이 흐르도록 한다.
또한 중간부재(130)에는 작동전극 접속부(162)의 일부가 통과되는 작동전극 설치구멍(132)과, 전방부재(110), 후방부재(120), 중간부재(130)의 상호 고정을 위해 볼트(B)가 통과되는 고정 구멍(H)이 형성된다.
전해질 흐름 공간(131)은 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c), 연결유로(C)를 포함한다. 중간부재(130)에는 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)의 전해질의 유출을 방지하기 위해 O-ring이 설치될 수 있다.
제1공간(131a)은, 기준전극부(140)의 기준전극(141)과 접촉하는 전해질이 배치된다.
제2공간(131b)은, 작동전극부(160)의 작동전극(161)과 접촉하는 전해질이 배치된다.
제3공간(131c)은, 상대전극부(150)의 상대전극(151)과 접촉하는 전해질이 배치된다.
각 전극이 위치하는 공간을 분리한 것은 X-선 흡수 분광법을 측정하기 위한 작동전극의 공간을 확보하고 측정을 용이하게 하기 위함이다.
여기서, 상기 제2공간의 두께는 1 mm 내지 10 mm 범위일 수 있고, 예를 들어, 2 mm 내지 5 mm 범위일 수 있다. 상기 범위에서 작동전극에 도입된 X-선이 전해질을 투과하면서 X-선의 감도가 저하되는 문제를 억제할 수 있다.
제1공간(131a)은 연결유로(C)를 통해 제2공간(131b) 및 전해질 도입부(170)와 직접 연통되며, 제2공간(131b)은 연결유로(C)를 통해 제1공간(131a) 및 제3공간(131c)와 직접 연통되며, 제3공간(131c)은 연결유로(C)를 통해 제2공간(131b) 및 전해질 배출부(180)와 직접 연통될 수 있다.
본 실시예에 따르면 전해질 도입부(170)로부터 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c) 순서로 연통되지만, 본 발명에 따르면 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)의 상호간의 연통 순서에 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 제3공간(131c), 제2공간(131b), 제1공간(131a) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제1공간(131a), 제3공간(131c), 제2공간(131b) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제2공간(131b), 제3공간(131c), 제1공간(131a) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제2공간(131b), 제1공간(131a), 제3공간(131c) 순서로 서로 연통될 수도 있고, 제3공간(131c), 제1공간(131a), 제2공간(131b) 순서로 서로 연통될 수도 있다. 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)에 흐르는 전해질의 이동 경로는 흐름 전지(100)의 성능에 영향을 크게 주지 않는다. 전해질 도입부(170)로부터 들어온 전해질은, 순서에 상관없이 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)을 거쳐 전해질 배출부(180)로 배출되기만 하면 된다.
전해질 도입부(170)는 전해질 흐름 공간(131)에 전해질을 도입하는데, 포트 또는 관의 형상을 가지고 있다. 전해질 도입부(170)의 일단은 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c) 중 하나와 연통된 연결유로(C)와 연결되고, 타단은 외부 펌프 또는 가압된 전해질이 흐르는 파이프와 연결되는 유로와 연결되어 있다.
전해질 배출부(180)는 전해질 흐름 공간(131)으로부터 전해질이 배출되는 곳인데, 포트 또는 관의 형상을 가지고 있다. 전해질 배출부(180)의 일단은 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c) 중 하나와 연통된 연결유로(C)와 연결되고, 타단은 외부 유로와 연결되어 있다.
전해질의 흐름을 통해 작동전극에서 생성되는 기체 등과 같은 생성물을 제거함으로써 X-선 분석 신호의 감도를 높일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 중력 방향을 기준으로 할 때, 전해질 도입부(170)는 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치한다. 화학반응에 의해 전해질에서 발생되는 기체는, 중력의 반대 방향(위쪽 방향)으로 이동하려는 성질을 가지므로, 전해질 도입부(170)를 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치시키면 전해질 흐름을 통해 작동전극(161)의 전기화학 반응에 의해 생성된 기체가 지속적으로 용이하게 배출될 수 있다.
전해질 도입부(170)는 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치하고, 이들 사이에 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)은 순서에 상관없이 서로 연통하여 배치됨으로써, 전해질이 하부로부터 상부 방향으로 흐를 수 있는 전해질 흐름 공간(131)이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전해질 흐름 공간(131)은 중력 방향과 평행하게, 즉 지상에 수직 방향으로 형성하여, 전해질을 아래에서 위로 흘려주어 발생한 기체가 전해질 흐름 공간(131)에 정체 없이 용이하게 빠져 나갈 수 있도록 한다.
본 실시예에 따르면 전해질 도입부(170)는 제1공간(131a)과 연통되고, 전해질 배출부(180)는 제3공간(131c)과 연통되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명에 따르면 전해질 도입부(170)는 제2, 3 공간 중 어느 하나와 연통되고, 전해질 배출부(180)는 제1, 2, 3 공간들 중 전해질 도입부(170)가 연통된 공간이 아닌 공간에 연통될 수도 있다. 그러한 경우에도 가급적 전해질 도입부(170)를 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치시키는 것이 기체 배출을 위해 바람직하다.
한편, 기준전극부(140)는 기준전극(141)과 기준전극 지지부(142)를 포함한다. 기준전극(141)은 제1공간(131a)에 배치된 전해질과 접촉하도록 배치되며, 기준전극 지지부(142)는 기준전극(141)을 지지하면서 후방부재(120)의 기준전극부 설치구멍(122)에 설치된다.
상대전극부(150)는 상대전극(151)과 상대전극 지지부(152)를 포함한다. 상대전극(151)은 제3공간(131c)에 배치된 전해질과 접촉하도록 배치되며, 상대전극 지지부(152)는 상대전극(151)을 지지하면서 후방부재(120)의 상대전극부 설치구멍(123)에 설치된다.
기준전극(141)은 과전압에서도 변하지 않는 안정한 전극을 사용하는 것이 바람직하고, 상대전극(151)은 백금, 탄소 등 전도성을 가지면서 전기화학 반응에 안정한 물질이 바람직하다.
작동전극부(160)는 작동전극(161)과 작동전극 접속부(162)를 포함한다.
작동전극(161)은 판상의 형상을 가지고 있으며, 전방부재(110)와 중간부재(130) 사이에 배치된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 작동전극(161)은 X-선 투과 창과 일체화된 전극 구조를 가지며, 전극 촉매 물질을 X-선 투과 창에 직접 도포함으로써 작동전극과 창의 일체화를 통해 수계 전해질에 의한 X-선 감도 저하 문제를 최소화할 수 있다.
작동전극(161)은, 촉매 전극층(161a)을 형성하기 위한 지지체로서 비전도성의 광이 투과할 수 있는 소재로 이루어진 투명 필름(P) 및 상기 투명 필름(P)의 적어도 일면에 코팅된 전기전도성 물질을 포함하는 전기전도성 필름(C)을 포함한다. 투명 필름(P)은 전기전도성이 없으며, 내화학성을 가지고, X-선 등의 광을 투과할 수 있는 투명한 필름으로, 예를 들어 폴리이미드 필름 등이 사용될 수 있다.
촉매 전극층(161a)을 형성하기 위해서 투명 필름(P) 상에 전기전도성 물질을 먼저 코팅하여 전기전도성 필름(C)을 형성한다. 전기전도성 물질로는 전도성을 가지는 탄소, 그래핀, 전도성 폴리머, PEDOT 등이 제한없이 사용될 수 있다.
작동전극(161)의 전기전도성 필름(C) 상에는 전극 촉매 물질을 포함하는 촉매 전극층(161a)이 배치되는데, 촉매 전극층(161a)이 배치되는 부분은, 광도입부(111)로부터 도입된 광의 경로에 배치된다. 촉매 전극층(161a)은 광도입부(111)로부터 도입된 광과 접촉하여 화학 반응을 일으킨다. 전극 촉매 물질은 스프레이 코팅 등의 도포 방법을 통해 전기전도성 필름(C) 위에 도포될 수 있다.
또한, 작동전극(161)은 촉매 전극층(161a)과 전기적 신호를 주고 받기 위하여 작동전극 접속부(162)의 단자부(T)와 전기적으로 접속할 수 있는 접속부분(161b)을 포함한다.
작동전극(161)의 2개의 접속부분(161b)은, 각각 작동전극 접속부(162)의 단자부(T)와 전기적으로 접속하도록 배치되며, 보다 나은 전기전도를 위하여, 구리, 금, 은 등의 전기전도성이 높은 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
작동전극 접속부(162)는 2개로 구성되며, 각각 탄성 접촉이 가능한 포고 핀의 구조를 포함한다. 작동전극 접속부(162)의 외부 부분은 후방부재(120)의 작동전극접속부 설치구멍(124)에 설치되고, 작동전극 접속부(162)의 단자부(T)는, 중간부재(130)의 작동전극 설치구멍(132)을 통과하여, 작동전극(161)의 2개의 접속부분(161b)에 접촉하여 전기적인 접속이 이루어지도록 설치된다.
본 실시예의 작동전극 접속부(162)는 탄성 접촉이 가능한 포고 핀의 구조를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따르면 작동전극 접속부는 탄성 접촉이 가능하지 않은 구조를 가질 수도 있다.
작동전극(161)은 전방부재(110)와 중간부재(130) 사이에 배치되며, 촉매 전극층(161a)이 위치한 방향이 제2공간(131b)에 배치된 전해질에 노출되고, 반대편이 광도입부(111)를 향상하도록 배치되어 X-선이 입사되어 투과되는 창으로서 적용된다. 작동전극(161)에서 형광한 X-선을 측정할 때에 X-선이 전해질을 통과하지 않아 X-선의 감도가 높고 투과하는 X-선도 측정할 수 있다는 장점이 있다.
이어서, 도 1 내지 도 5를 참조로 하여 본 실시예에 따른 흐름 전지(100)의 작동에 대해 설명한다.
광발생기(LM)으로부터 발생된 X-선 등의 광은 광도입부(111)로 도입되어 작동전극(161)에 입사되어, 제2공간(131b)의 전해질과 접촉하고 있는 작동전극(161)의 촉매 전극층(161a)에 도달하게 되면, 촉매 전극층(161a)에서는 전기 화학 반응이 일어나 전자와 이온들이 발생하게 되고, 발생된 전자는 접속부분(161b)을 통해 작동전극 접속부(162)로 이동하게 된다.
전기화학 반응 중 작동전극(161)의 전해질과 접촉하는 촉매 전극층(161a)에는 산소, 수소, 일산화탄소 등의 기체가 발생하게 된다. 발생된 기체는 전해질과 접하는 촉매 전극층(161a) 표면에 잠시 존재하다가 전해질의 흐름에 의해 흐름 전지(100)의 외부로 배출되게 된다. 즉 전해질 도입부(170)로 도입된 전해질은, 소정의 압력에 의해 전해질 흐름 공간(131)인 제1공간(131a), 제2공간(131b), 제3공간(131c)을 거쳐 전해질 배출부(180)로 이동하게 되는데, 그 과정에서 촉매 전극층(161a)에서 발생된 기체들도 함께 이동하게 됨으로써, 발생된 기체가 촉매 전극층(161a)를 덮어 전해질과 촉매 전극층(161a) 사이의 전기화학 반응이 방해되는 현상이 방지된다. 특히, 전술한 바와 같이 전해질 도입부(170)는 전해질 배출부(180)보다 더 아래에 위치하기 때문에, 촉매 전극층(161a)에서 발생된 기체는 전해질 배출부(180)로 빠르고 쉽게 이동하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 전지는, 전기화학 반응을 하면서 X-선의 투과 및 형광 신호 등을 측정할 수 있으며, 작업전극에서 발생하는 생성물, 특히 기체 등을 바로 흘려줌으로써 반응물에 영향 없이 실시간 X-ray absorption fine structure(XAFS) 정보를 측정할 수 있다. 또한, 촉매 전극층이 존재하는 작업전극이 X-선이 들어오는 창과 일체화되어 있어 전해질의 영향 없이 형광되는 X-선을 높은 감도로 측정할 수 있고, 흐름 전지의 후방에서 투과되는 X-선도 측정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 대한 흐름 전지를 이용한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템의 개략적인 도면이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 대한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템은 본 발명의 일 실시예에 대한 흐름 전지(100)를 X-선 흡수 분광법을 측정하기 위해 가속기 장치와 연계하여 전기화학적 반응에 의한 전극 촉매의 전자기적 구조 및 기하학적 구조 변화를 실시간 관찰할 수 있다.
도 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 대한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템은 상술한 흐름 전지를 포함하며,
상기 흐름 전지에 전압을 인가하기 위한 전위가변기;
상기 흐름 전지에 공급되는 전해질;
상기 전해질을 상기 흐름 전지로 이송시키기 위한 연동 펌프;
X-선을 발생시켜 상기 흐름 전지의 상기 전방부재에 입사시키기 위한 가속기 장치;
상기 흐름 전지의 상기 작동전극의 표면에서 X-선 흡수 분광이 진행된 형광 빛을 측정하기 위한 형광 검출기;
상기 흐름 전지의 상기 작동전극을 투과한 X-선 투과 광을 측정하기 위한 투과 검출기;
를 더 포함할 수 있다.
XAFS를 측정할 때에 가속기 기반 X-선의 입사되는 위치 및 구조에 따라서, 도 6과 같이 고정대를 설치하거나 지그를 설치하여 XAFS 측정을 더욱 쉽게 할 수 있다.
흐름 전지(100) 전면의 작동전극에 가속기 장치에서 발생된 X-선이 입사되며, 작동전극 표면에서 X-선 흡수 분광이 진행되어 X-선의 투과 및 형광 신호 등을 실시간 측정할 수 있다.
X-선 투과 창과 전극 촉매가 일체화된 상기 작동전극에 의하여 작동전극 표면에서 X-선 흡수 분광이 진행된 형광 빛 (fluorescence)과 관련된 X-선 감도 저하 문제를 해결할 수 있다.
입사된 X-선 (I0)은 흐름 전지의 작동전극 및 전해질을 지나, 작동전극 물질과 동일한 기준 물질 (reference, Ir)을 X-선 투과 검출기를 통해 신호를 읽을 수 있다. 일반적으로 작동전극 물질과 동일한 물질의 foil을 기준 물질로 사용하며 형광 (fluorescence, If) 및 투과 (transmission, It) 신호의 상대 비교를 위한 기준으로 사용할 수 있다. 위와 같은 경우 XAFS 측정 중 외부의 물리적 요인 등으로 이동 될 수 있는 결과 값들을 기준 물질의 정보를 활용하여 보정할 수 있으며, 현재 측정하고 있는 시스템의 조건이 기존 실험 결과들과 비교해 정확히 측정되고 있는지를 검증할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템을 이용하여, 상기 흐름 전지를 가속기 장치와 연계하여 전기화학적 반응에 의한 전극 촉매의 전자기적 구조 및 기하학적 구조 변화를 X-선 흡수 분광법 측정을 통해 실시간 관찰할 수 있다. 나아가, X-선 흡수 분광법의 투과 (transmission) 및 기준 물질 (reference) 관련 결과까지 측정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실시간 X-선 흡수법 측정을 위한 흐름 전지용 전극 구조체는 상기 흐름 전지의 작동전극으로 채용될 수 있는 것으로서, 상술한 바와 같이, 비전도성 투명 필름; 상기 투명 필름의 적어도 일면에 배치된 전기전도성 필름; 상기 전기전도성 필름 상에 배치된 촉매 전극층; 및 상기 전기전도성 필름 상에 배치되고, 상기 촉매 전극층과 전기적 신호를 주고 받기 위한 접속부분;을 포함한다.
상기 전극 구조체의 각 구성에 대해서는 상술한 바와 같다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예 및 비교예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
실시예 1: 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매의 물산화 조건 실시간 X-선 흡수 분석
X-선이 투과되는 polyimide Kapton 필름 위에 탄소를 스프레이 코팅하여 필름에 전기 전도성을 가지도록 하였다. 탄소를 코팅하기 위한 잉크는 결합제(binder)로 Nafion과 용매로 이소프로필 알코올(IPA)을 사용하여 준비하였다. 질소 기체가 공급되는 공기 브러쉬 (air brush)를 사용하여 Kapton 필름 위에 코팅을 하고 건조 시켜 X-선 투과 창 및 작동전극이 일체화된 전극을 준비하였다. 이후 이리듐 니켈 합금 촉매 20 mg과 5wt% Nafion solution 100 mg을 IPA 2 mL에 분산하여 합금 촉매 잉크를 만든 뒤 앞서 만든 필름의 탄소가 코팅된 부분에 뿌려주어 작동전극을 준비한다. 해당 작동 전극을 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 제작한 흐름 전지의 작동전극 부분에 설치하였고, 상대전극을 백금 선 (Pt wire), 기준전극으로는 Ag/AgCl 전극을 삽입하여 사용하였다.
작동전극이 흐름전지에 체결된 뒤, 도 6에 도시된 바와 같이 제작한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템을 이용하여, 0.05 M H2SO4, 0.1 M KOH, CO2 포화된 0.1M KHCO3 수용액을 10 ccm의 유량을 흘려주면서 0 ~ 1.5 V vs. RHE까지 전압을 100 mV/s 속도로 cycling voltammetry (CV) 50 ~ 100 회 측정한 뒤 XAFS를 측정하였다.
평가예 1 및 평가예 2에 따라 측정된 XAFS의 XANES 및 EXAFS 결과를 각각 도 7 및 도 8에 나타내었다. 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 흐름 전지를 이용하여 전기화학적 실험 중 실시간으로 XAFS 실험을 진행할 수 있음을 확인 할 수 있다.
실시예 2: 질소도핑 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매의 물산화 - 수소발생 조건 실시간 X-선 흡수 분석
X-선이 투과되는 polyimide Kapton 필름 위에 탄소를 스프레이 코팅한 뒤 질소도핑 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매 20 mg과 5wt% Nafion solution 100 mg을 IPA 2 mL에 분산하여 합금 촉매 잉크를 만든 뒤 앞서 만든 필름의 탄소가 코팅된 부분에 뿌려주어 작동전극을 준비한다. 해당 작동 전극을 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 제작한 흐름 전지의 작동전극 부분에 설치하였고, 상대전극을 백금 선 (Pt wire), 기준전극으로는 Ag/AgCl 전극을 삽입하여 사용하였다.
작동전극이 흐름전지에 체결된 뒤, 도 6에 도시된 바와 같이 제작한 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템을 이용하여, 0.05 M H2SO4 수용액을 10 ccm의 유량을 흘려주면서 물산화 조건 (@ 1.5 V vs. RHE)과 수소 발생 조건 (@ 0.3 V vs. RHE)에서 각 해당 전압을 인가하면서 실시간으로 XAFS를 측정하였다.
평가예 3에 따라 측정된 XAFS의 XANES와 EXAFS 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에서 보는 바와 같이 일 실시예에 따른 흐름 전지를 이용하여 전기화학적 실험 중 실시간으로 XAFS 실험을 진행할 수 있음을 확인 할 수 있다.
평가예 1: 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매의 물산화 조건 XANES 결과
상기 실시예 1에서 일 실시예에 따른 흐름 전지로 측정된 탄소 담지 이리듐니켈 합금 촉매의 pH가 다른 전해 용액에서 전기화학적 활성화 전후 Ir LIII edge의 XANES 결과를 도 7a-7b에 나타내었다. 도 7a-7b에서 보는 바와 같이, 산소 기체에 의한 X-선 흡수 분석의 저해 문제가 없으며 흐름 전지가 정상적으로 작동하고 있음을 확인할 수 있다.
평가예 1의 결과는 pH가 다른 산성, 중성, 염기성 조건에서 피크 크기가 (peak intensity)가 각기 상이함을 확인할 수 있으며, 피크 크기 (peak intensity)는 산성, 중성, 염기성 순으로 나타났다. XANES의 피크 크기 (peak intensity)가 산성의 경우 니켈이 녹아 나오면서 이리듐이 충분히 산화 되었으며, 염기성 용액의 경우 니켈이 수화물을 형성하면서 이리듐이 충분히 산화되는 것을 억제한다고 예상된다. 위 결과를 통해 pH에 따라 전기화학 촉매의 활성화 후 다른 경향성을 보임을 확인 할 수 있다. 일 실시예에 따른 X-선 흡수 연계 흐름 전지는 전극 촉매의 전기화학적 반응 중 또는 전후의 XAFS를 평가 할 수 있음을 확인 하였다.
평가예 2: 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매의 물산화 조건 EXAFS 결과
상기 실시예 1에서 일 실시예에 따른 흐름 전지로 측정된 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매의 pH가 다른 전해 용액에서 전기화학적 활성화 전후 Ir LIII edge의 EXAFS 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8에서 보는 바와 같이, 산소 기체에 의한 X-선 흡수 분석의 저해 문제가 없으며 흐름 전지가 정상적으로 작동하고 있음을 확인 할 수 있다.
평가예 2의 결과는 pH가 다른 산성, 중성, 염기성 조건에서 피크 위치가 상이함을 확인할 수 있다. 산성 조건의 경우 Ir-O 결합이 형성된 것을 확인 할 수 있으며, 중성과 염기성 조건에서 물산화 촉매의 활성화는 Ir-Ir 의 결합 영역이 크게 존재함을 확인할 수 있다. 이는 산성 조건에서 이리듐이 산화되어 이리듐 산화물을 형성한 반면 중성, 염기성 조건에서의 활성화 과정은 이리듐 산화물이 잘 형성되지 않아 Ir-Ir의 금속 물질 특성이 보임을 확인 할 수 있다.
평가예 3: 질소도핑 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매의 실시간 XANES와 EXAFS 결과
질소도핑 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매를 상기 실시예 2 조건에서 일 실시예에 따른 흐름 전지에 적용하였다. 질소도핑 탄소 담지 이리듐 니켈 합금 촉매는 양기능성 촉매로 물산화 및 수소 발생 촉매역할을 한다. X-선 흡수 분석을 통해 각 전기화학 반응 조건에서 실시간으로 이리듐의 전자기적, 기하학적 구조 변화가 어떻게 달라지는지 측정하였으며 그 결과를 도 9a 및 도 9b에 나타내었다.
도 9a의 Ir LIII edge의 XANES 결과에서 확인 할 수 있듯이 물산화 조건에서 이리듐의 산화가 많이 진행 된 것을 알 수 있으며, 물산화 반응 뒤 이리듐 질소도핑 탄소 담지 니켈 합금 촉매의 수소 발생의 환원 조건의 경우 산화 정도가 감소하긴 했지만, 전기화학 반응 전과 비교해 이리듐이 산화물로 존재함을 확인 할 수 있다. 이는 도 9b의 Ir LIII의 EXAFS 결과에서도 확인 할 수 있다. 특이한 사항은 환원 조건인 수소 발생 조건에서 Ir-O 결합이 아닌 결합 거리가 좀더 짧은 결합이 존재한다는 것이다. 이는 Ir-H 또는 다른 미지의 결합이 형성된 것으로 예측된다.
평가예 3을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 X-선 흡수법 연계 흐름 전지가 정상적으로 운전됨은 물론 전기화학 반응 중 실시간으로 측정이 됨을 확인할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 흐름 전지
110 : 전방부재
120 : 후방부재
130 : 중간부재
140 : 기준전극부
150 : 상대전극부
160 : 작동전극부
161 : 작동전극
170 : 전해질 도입부
180 : 전해질 배출부

Claims (23)

  1. 광도입부가 형성된 전방부재;
    상기 전방부재의 후방에 배치되는 후방부재;
    상기 전방부재와 상기 후방부재 사이에 배치되며, 전해질이 흐르는 전해질 흐름 공간이 형성된 중간부재;
    전해질과 접촉하는 기준전극을 구비한 기준전극부;
    전해질과 접촉하는 상대전극을 구비한 상대전극부;
    상기 전방부재와 상기 중간부재 사이에 배치되며 적어도 일부분이 상기 광도입부로부터 도입된 광의 경로에 배치되는 작동전극과, 상기 작동전극에 접속하는 작동전극 접속부를 구비하는 작동전극부;
    상기 전해질 흐름 공간에 전해질을 도입하는 전해질 도입부; 및
    상기 전해질 흐름 공간으로부터 전해질이 배출되는 전해질 배출부;를 포함하며,
    상기 전해질 흐름 공간은,
    상기 기준전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제1공간;
    상기 작동전극과 접촉하는 전해질이 배치된 제2공간; 및
    상기 상대전극과 접촉하는 전해질이 배치되는 제3공간;을 포함하며,
    상기 작동전극은,
    비전도성 투명 필름;
    상기 투명 필름의 적어도 일면에 배치된 전기전도성 필름;
    상기 전기전도성 필름 상에 배치된 촉매 전극층; 및
    상기 작동전극 접속부와 전기적으로 접속할 수 있도록 상기 전기전도성 필름 상에 배치된 접속부분;을 포함하는, 전기화학적 흐름 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후방부재에는 상기 작동전극을 통과한 광이 배출되는 광배출부가 형성된 전기화학적 흐름 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광배출부는 광투과부재를 포함하는 전기화학적 흐름 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준전극부는, 상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 설치되는 전기화학적 흐름 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상대전극부는, 상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 설치되는 전기화학적 흐름 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 작동전극 접속부는 상기 전방부재와 상기 후방부재 중 어느 하나에 설치되는 전기화학적 흐름 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 작동전극 접속부는 상기 작동전극의 적어도 2부분에 전기적으로 접속되는 전기화학적 흐름 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 작동전극 접속부는 포고 핀을 포함하는 전기화학적 흐름 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2공간은 상기 광도입부에 대응되는 위치에 배치되는 전기화학적 흐름 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    중력 방향을 기준으로 할 때, 상기 전해질 도입부는 상기 전해질 배출부보다 더 아래에 위치하는 전기화학적 흐름 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 도입부와 상기 전해질 배출부 사이에서, 상기 제1공간, 상기 제2공간 및 상기 제3공간은 순서에 상관없이 서로 연통되는 전기화학적 흐름 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 도입부는 상기 제1공간과 연통되고, 상기 제1공간은 상기 제2공간과 연통되고, 상기 제2공간은 상기 제3공간과 연통되고, 상기 제3공간은 상기 전해질 배출부와 연통되는 전기화학적 흐름 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2공간의 두께는 1 mm 내지 10 mm 범위인 전기화학적 흐름 전지.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    상기 비전도성 투명 필름은 폴리이미드 필름인 전기화학적 흐름 전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전기전도성 필름은 전도성을 가지는 탄소, 그래핀, 전도성 폴리머, 및 PEDOT으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 흐름 전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 작동전극은 상기 촉매 전극층이 상기 제2공간에 배치된 전해질에 노출되도록 배치되고, 그 반대편이 상기 광도입부를 향하도록 배치되는 전기화학적 흐름 전지.
  18. 제1항 내지 제13항, 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 전기화학적 흐름 전지를 포함하는 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전기화학적 흐름 전지에 전압을 인가하기 위한 전위가변기;
    상기 전기화학적 흐름 전지에 공급되는 전해질;
    상기 전해질을 상기 전기화학적 흐름 전지로 이송시키기 위한 연동 펌프;
    X-선을 발생시켜 상기 전기화학적 흐름 전지의 상기 전방부재에 입사시키기 위한 가속기 장치;
    상기 전기화학적 흐름 전지의 상기 작동전극의 표면에서 X-선 흡수 분광이 진행된 형광 빛을 측정하기 위한 형광 검출기; 및
    상기 전기화학적 흐름 전지의 상기 작동전극을 투과한 X-선 투과 광을 측정하기 위한 투과 검출기;
    를 더 포함하는 실시간 X-선 흡수법 측정 시스템.
  20. 삭제
  21. 삭제
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