KR20230114052A - Svet 평가를 위한 수직형 모니터링 셀 - Google Patents

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KR20230114052A KR1020220010086A KR20220010086A KR20230114052A KR 20230114052 A KR20230114052 A KR 20230114052A KR 1020220010086 A KR1020220010086 A KR 1020220010086A KR 20220010086 A KR20220010086 A KR 20220010086A KR 20230114052 A KR20230114052 A KR 20230114052A
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박현
김성진
신한균
전종배
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동아대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀에 관한 것으로, 이러한 본 발명에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀은 전해질을 수용하는 하우징; 및 상기 하우징에 구비되어 상기 전해질 내부에 상기 전해질의 계면과 수직한 방향으로 전기장을 형성하고, 상기 전해질 내부에 진동 전극이 위치가능하도록 상기 진동 전극이 통과하기 위한 통과홀이 형성된 전기장형성부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀{MONITORING CELL FOR SCANNING VIBRATING ELECTRODE TECHNIQUE TEST}
본 발명은 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀에 관한 것이다.
SVET(Scanning Vibrating Electrode Technique)는 일단에 팁이 구비된 진동 전극(vibrating electrode)을 이용하여 용액상의 전기장을 측정함으로써 전기화학 반응을 평가할 수 있는 기술로, 부식 및 전기화학 연구분야에서 활용되고 있고, 다양한 분야에 이용될 수 있을 것으로 평가되고 있는 기술이다.
그러나 SVET는 전술한 평가에도 불구하고, 측정방법이 까다롭고, 전문성을 확보하기 어려우며, 많은 활용이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
한편, SVET는 전술한 바와 같이 부식 환경에 노출된 소재의 부식 특성 연구에 활용되고 있고, SVET를 이용한 소재의 부식 특성 연구방법은 부식 환경에 진동 전극을 위치시킨 다음 진동 전극을 기설정된 진동수(frequency)와 진동폭(amplitude)으로 상하로 진동하도록 하여 전압차를 측정하고, 이를 이용하여 상기 부식환경에 노출된 소재의 부식 특성을 파악하는 것으로 알려져 있다.
즉, SVET를 이용하여 소재의 부식 특성을 연구할 때 전압차가 정확하게 측정되고 있는지 여부가 매우 중요하나, 전술한 바와 같이 SVET는 많은 활용이 이루어지지 못하고 있어 SVET를 이용하여 소재의 부식 특성을 연구할 때 전압차가 정확하게 측정되고 있는지 여부를 평가하는 것에 대한 연구 및 기술개발은 거의 전무한 실정이다.
한편, 통상의 전기화학 반응 평가는 일반적으로 회전 전극(rotating electrode)이 장착된 셀이나 플랫 셀(flat cell)을 이용하고 있다, 다만, 회전 전극이 장착된 셀과 플랫 셀의 경우 도 8에 도시된 플랫 셀과 같이 워킹 전극(Working electrode)과 카운터 전극(Counter electrode)이 용액 계면과 수직하여 마주보도록 구비됨에 따라 전기장이 수평 방향으로 전개되므로, 수직 방향으로 진동하는 진동 전극으로는 플랫 셀의 전기장 분포를 측정하기 어렵고, 이에 따라 플랫 셀로는 SVET에 사용되는 진동 전극이 전압을 정확하게 측정하고 있는지 평가하기 어려운 문제가 있다.
KR 10-2020-0035584 A KR 10-1674603 B1
Bastos, A. C., et al., Journal of The Electrochemical Society 164.14 (2017): C973.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, SVET를 이용하여 소재의 부식 특성 평가가 정확하게 이루어질 수 있도록 SVET를 이용하여 전압차를 측정할 때 전압차가 정확하게 측정되는지 여부를 평가할 수 있는 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀은 전해질을 수용하는 하우징; 및 상기 하우징에 구비되어 상기 전해질 내부에 상기 전해질의 계면과 수직한 방향으로 전기장을 형성하고, 상기 전해질 내부에 진동 전극이 위치가능하도록 상기 진동 전극이 통과하기 위한 통과홀이 형성된 전기장형성부;를 포함한다.
상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀은 하기와 같은 효과를 기대할 수 있다.
음극과 양극이 용액의 계면과 수직한 방향의 전기장을 형성하여 수직 방향으로 진동하는 진동 전극이 전압차를 정확하게 측정하고 있는지 파악할 수 있도록 함으로써 사용자가 SVET를 이용하여 소재의 부식 특성을 정확하게 파악하는데 도움을 줄 수 있다.
또한, 사용자가 진동 전극이 전압차를 정확하게 측정하는지 여부를 파악할 수 있으므로, 사용자가 전압을 정확하게 측정할 수 있는 진동 전극의 진동폭과 진동수를 결정하는데 도움을 줄 수 있고, 진동 전극이 손상되었는지 여부를 파악하는데 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 음극, 통과홀, 전원연결부 및 통과홈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 양극과 전원연결부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 통과홀에 진동 전극이 통과하는 것과 음극과 양극 사이에 전기장이 형성되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 실시예 1에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 시험예 1에 따른 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6b는 실시예 2에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 시험예 1에 따른 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 6c는 실시예 3에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 시험예 1에 따른 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 7c는 실시예 1에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 시험예 2에 따른 분석 결과 중 일부를 나타낸 도면이다.
도 8은 종래 기술에 따른 플랫 셀을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀은 하우징(100)과 전기장형성부(200)를 포함할 수 있다.
하우징(100)은 전해질(A)을 수용한다.
하우징(100)은 내부에 전해질(A)이 투입될 수 있도록 상부가 개방될 수 있다.
하우징(100)은 투입된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성될 때 전해질(A) 내에서 전기장이 균일하게 형성되도록 내측 하면과 측면이 평평하게 형성될 수 있다.
바람직하게, 하우징(100)은 내부에 투입된 전해질(A) 내에서 전기장이 균일하게 형성될 수 있도록 내부에 직육면체와 정육면체 중 어느 하나 형상을 갖는 내부 공간이 형성될 수 있다. 하우징(100)에 형성된 내부 공간에는 하우징(100)의 개방된 상부로부터 투입되는 전해질(A)이 수용될 수 있다.
하우징(100)은 내부에 투입되는 전해질(A)에 의해 부식되지 않도록 내화학성을 갖는 소재로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드 및 테프론 중 적어도 하나로 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하우징(100)에 수용되는 전해질(A)은 전기화학 분야에서 통상적으로 이용되는 것이면 제한되지 않는다.
전기장형성부(200)는 하우징(100)에 구비되고, 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전해질(A)의 계면과 수직한 방향으로 전기장을 형성하며, 하우징(100)에 수용되는 전해질(A) 내부에 진동 전극(B)이 위치가능하도록 진동 전극(B)이 통과하기 위한 통과홀(230)이 형성된다.
전기장형성부(200)에 통과홀(230)이 형성됨에 따라, 진동 전극(B)은 통과홀(230)을 통과하여 전해질(A) 내부에 침지될 수 있다.
한편, 진동 전극(B)은 SVET에 일반적으로 이용되는 것으로, 전해질(A) 내부에 일부 또는 전체가 침지되어 수직 방향으로 진동하는 것일 수 있고, 전해질(A) 내부에 침지되는 일단에 전기적 반응성(electrical reactivity)을 갖는 팁(C)이 구비될 수 있다.
다만, 진동 전극(B)의 팁(C)은 전해질(A)로 인한 부식 등으로 인해 손상될 수 있고, 팁(C)이 손상되면 진동 전극(B)을 이용하여 전압을 측정할 때 정확한 전압 측정이 이루어지지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 이용하면 SVET의 진동 전극(B)으로부터 전압이 정확하게 측정되는지 확인함으로써 팁(C)이 손상되었는지 여부도 함께 확인할 수 있다.
전기장형성부(200)는 전극, 통과홀(230), 전원(240) 및 전원연결부(250)을 포함할 수 있다.
전기장형성부(200)에 포함되는 전극은 한 쌍으로 구비되고, 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 침지될 수 있다.
전기장형성부(200)에 포함되는 전극은 전해질(A) 내부에 소정간격 이격되어 서로 마주보도록 구비될 수 있다.
전기장형성부(200)에 포함되는 전극은 음극(cathode, 210)과 양극(anode, 220)으로 구성될 수 있다.
음극(210)은 하우징(100)의 상부와 하부 중 어느 한 쪽에 구비되어 하우징(100) 내부에 수용된 전해질(A) 내부에 침지되고, 전원(240)과 연결되는 것일 수 있다.
양극(220)은 음극(210)으로부터 소정간격 이격되어 음극(210)과 마주보도록 구비되고, 전원(240)과 연결되는 것일 수 있다.
도 5를 참조하면 음극(210)과 양극(220)에 전기에너지가 인가되면 음극(210)과 양극(220) 사이에는 전기장(electric field, E-field)이 형성될 수 있다.
양극(220)은 음극(210)이 하우징(100)의 상부에 구비되면 하우징(100)의 하부에 구비될 수 있고, 음극(210)이 하우징(100)의 하부에 구비되면 하우징(100)의 상부에 구비될 수 있다.
음극(210)과 양극(220)은 하우징(100) 내부에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 균일하게 형성되도록 판상 형태를 가질 수 있다.
음극(210)과 양극(220)은 판상 형태를 가지고, 일면과 타면이 전해질(A)의 계면과 수평하도록 전해질(A) 내부에 침지될 수 있다.
음극(210)과 양극(220)은 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 전체적으로 균일하게 형성될 수 있도록 일면과 타면의 넓이는 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 계면의 넓이와 동일할 수 있다.
이때, 음극과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 구비되는 것의 일면과 타면의 넓이는 통과홀(230)과 통과홈(260)이 형성되지 않았을 때의 넓이를 의미할 수 있다.
음극(210)과 양극(220)은 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 원활하게 형성될 수 있도록 전기전도성이 뛰어난 소재로 이루어지는 것일 수 있고, 예를 들어, 백금, 금, 납, 탄소, 구리 및 은 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으나, 구리 및 은 중 적어도 하나로 이루어지는 경우 전해질(A)의 반응성이 높은 경우 음극(210)과 양극(220)이 손상을 입을 수 있다.
음극(210)과 양극(220)에는 전원(240)이 연결되기 위한 전원연결부(250)가 구비될 수 있다.
전원연결부(250)는 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부로 노출되도록 음극(210)과 양극(220) 각각으로부터 연장형성되는 것일 수 있다.
전원연결부(250)는 전원(240)과 연결되어 전원(240)으로부터 전기에너지를 인가받음으로써 음극(210)과 양극(220)이 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성하도록 하는 것일 수 있다.
음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 구비되는 것으로부터 연장형성된 전원연결부(250)는 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 구비되는 것이 하우징(100)의 상부로부터 이탈하지 않도록 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 구비되는 것으로부터 연장형성되되, 하우징(100)의 상부에 거치될 수 있도록 절곡된 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 음극(210)이 하우징(100)의 상부에 구비되는 경우 음극(210)으로부터 연장형성된 전원연결부(250)는 음극(210)의 좌측 단부와 우측 단부 각각으로부터 상부 방향으로 연장형성되되, 하우징(100)의 상측 단부에 대응되는 부분부터 하우징(100) 외부 방향으로 절곡된 구조를 가져 하우징(100)의 상측 단부에 거치됨으로써 음극(210)이 하우징(100)의 상부로부터 이탈되지 않게 할 수 있다.
한편, 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치하는 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)는 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 위치하는 것과 접촉될 수 있고, 이때, 전기적 단락이 발생할 수 있다.
전술한 전기적 단락이 발생하는 것을 방지하기 위해 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치하는 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)는 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 위치하는 것과 접촉되는 부분의 외면에 절연처리될 수 있다.
음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치하는 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)가 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 외부로 노출될 수 있도록 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 위치한 것과 하우징(100) 중 적어도 하나에는 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치하는 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)가 통과하기 위한 통과홈(260)이 마련될 수 있다.
통과홈(260)은 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 위치한 것에 형성되어 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치한 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)가 통과하는 것일 수 있다.
음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치한 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)는 상부 방향으로 연장형성되어 통과홈(260)을 통과할 수 있다.
통과홈(260)의 내면과 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치한 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)는 밀착될 수 있다. 통과홈(260)의 내면과 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 위치한 것으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)가 밀착되면 음극(210)과 양극(220)에 의해 전해질(A) 내부에 전기장이 형성될 때 통과홈(260)으로 인한 전기장의 굴곡이 발생되지 않아 전해질(A) 내부에 전체적으로 균일하게 전기장이 형성될 수 있다.
하우징(100)의 하부로부터 연장형성된 전원연결부(250)가 통과홈(260)을 통과할 때 통과홈(260)의 내면과 하우징(100)의 하부로부터 연장형성된 전원연결부(250)의 외면이 밀착되면 전기적 단락이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 하부에 구비되는 것으로부터 연장형성된 전원연결부(250)는 통과홈(260)의 내면과 접촉하는 부분의 외면이 절연처리된 것일 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 음극(210)에는 통과홈(260)이 형성될 수 있고, 이 경우 양극(220)으로부터 연장형성된 전원연결부(250)는 통과홈(260)의 내면과 접촉하는 부분의 외면이 절연처리된 것일 수 있다.
통과홀(230)은 음극(210)과 양극(220) 중 어느 하나에 형성되어 SVET의 진동 전극(B)이 통과하는 것일 수 있다.
통과홀(230)은 음극(210)과 양극(220) 중 하우징(100)의 상부에 구비되는 것에 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 하우징(100)의 상부에 음극(210)이 구비되는 경우 통과홀(230)은 음극(210)에 형성될 수 있다.
통과홀(230)은 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성될 때 전기장이 전해질(A) 내부에서 균일하게 형성될 수 있도록 정사각형과 원형 중 어느 하나의 형태를 가질 수 있다.
통과홀(230)이 정사각형과 원형 중 어느 하나의 형태를 가지지 않으면 하우징(100) 내부에 수용된 전해질(A)에 전기장이 형성될 때 전기장이 전해질(A) 내부 전체적으로 균일하게 형성되지 못할 수 있다.
바람직하게, 통과홀(230)은 직경이 1 내지 20mm인 원형 형태를 가질 수 있고, 보다 바람직하게는 직경이 5 내지 20mm인 원형 형태를 가질 수 있다.
통과홀(230)이 원형으로 형성되는 경우 직경이 1mm 미만이면 통과홀(230)의 크기가 작아 진동 전극(B)이 통과홀(230)을 통과하지 못할 수 있고, 직경이 20mm를 초과하면 통과홀(230)의 직경이 너무 커 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성될 때 전기장이 전해질(A) 내부 전체적으로 균일하게 형성되지 못할 수 있다.
전원(240)은 전기장형성부(200)에 포함되는 전극과 연결되어 상기 전극에 전기에너지를 인가함으로써 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성되도록 하는 것일 수 있다.
전원(240)은 음극(210)과 양극(220)에 연결되어 음극(210)과 양극(220)에 전기에너지를 인가함으로써 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성되도록 하는 것일 수 있다.
보다 자세하게는 전원(240)은 음극(210)과 양극(220) 각각으로부터 연장형성되는 전원연결부(250)에 연결되어 전원연결부(250)에 전기에너지를 인가함으로써 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 형성되도록 하는 것일 수 있다
한편, 소재가 전해질(A) 내부에서 부식될 때 전해질(A) 내부에 전압차가 발생하고, 이에 따라 부식전류가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이때, SVET를 이용하여 상기 전압차를 측정함으로써 부식환경에서 소재의 부식특성을 파악할 수 있는 것이다. 아울러, 전해질(A)의 전기 전도도, 부식 환경에서 발생하는 전압차, 진동 전극(B)의 진동폭 및 부식전류는 아래 식 1의 관계를 갖는 것으로 알려져 있다.
(식 1)
식 1에서, i는 부식전류이고, κ는 전해질(A)의 전기 전도도이며, ΔV는 전해질(A) 내부에서 발생하는 전압차이고, Δr은 진동 전극(B)의 진동폭이다.
본 발명에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 이용하여 SVET를 시험할 때 하우징(100)에 수용되는 전해질(A)의 전기전도도와 진동 전극(B)의 진동수는 기설정될 수 있다. 또한, 하우징(100)에 수용되는 전해액의 내부에 전기장이 형성될 때 전류의 세기는 기설정될 수 있으므로, 상기 부식전류 역시 기설정된 상기 전류의 세기에 하우징(100)의 내측 하면 면적을 나눔으로써 산출될 수 있다. 즉, 식 1을 이용하여 상기 전압차를 산출할 수 있고, 식 1을 이용하여 산출되는 전압차와 SVET를 이용하여 측정된 전압차를 비교함으로써 SVET로부터 측정되는 전압차가 정확하게 측정되고 있는지를 파악할 수 있다.
사용자는 본 발명의 실시예에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 이용함으로써 식 1을 이용하여 산출되는 전압차와 SVET를 이용하여 측정된 전압을 비교하여 SVET가 전압을 정확하게 측정하는지를 파악할 수 있고, 식 1을 이용하여 산출되는 전압차와 SVET를 이용하여 측정된 전압차의 차이가 큰 경우 SVET의 진동 전극(B)의 진동폭과 진동수를 변화시키면서 식 1을 이용하여 산출되는 전압차와 SVET를 이용하여 측정된 전압차를 비교함으로써 식 1을 이용하여 산출되는 전압차와 SVET를 이용하여 측정된 전압차의 차이가 상대적으로 적은 SVET의 진동 전극(B)의 진동폭과 진동수를 파악할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀은 SVET를 이용하여 소재의 부식 특성을 정확하게 파악할 수 있도록 하는 진동 전극(B)의 진동폭과 진동수를 결정하는데 도움을 줄 수 있다.
아울러, 사용자는 식 1을 이용하여 산출되는 전압차와 SVET를 이용하여 측정된 전압차의 차이가 상대적으로 적은 진동폭과 진동수가 존재하지 않는 경우 진동 전극(B)의 팁(C)이 부식에 의해 손상된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀은 SVET의 진동 전극(B)이 손상되었는지 여부를 파악하는데 도움을 줄 수 있다.
<실시예 1>
도 1 내지 2에 도시된 구조를 갖는 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 준비하였다.
보다 자세하게, 상부가 개방되고, 내측 하면과 측면이 평평한 구조를 갖는 하우징(100)을 준비하였다.
음극(210)과 양극(220)으로 구성되는 전극을 준비하되, 하우징(100)의 상부에 음극(210)을 구비하고, 양극(220)을 하우징(100)의 하부에 구비하였다. 음극(210)과 양극(220)은 판상 형태를 갖는 것을 준비하였다.
음극(210)과 양극(220)의 일면과 타면이 하우징(100)의 내측 하면과 평행하도록 구비하되, 서로 간의 상하 간격이 30mm가 되도록 이격시켜 구비하였다.
양극(220)으로부터 상부 방향으로 전원연결부(250)가 연장형성되었고, 양극으로부터 형성된 전원연결부(250)과 통과하는 통과홈(260)이 음극(210)에 형성하였다. 이때, 통과홈(260)은 내면이 양극(220)으로부터 형성된 전원연결부(250)의 외면과 밀착되도록 형성되었다. 양극(220)으로부터 형성된 전원연결부(250)는 통과홈(260)의 내면과 접촉하는 부분의 외면이 절연처리되었다.
또한, 음극(210)으로부터 전원연결부(250)가 연장형성되되, 음극(210)이 하우징(100)의 상부에 고정될 수 있도록 음극(210)으로부터 연장형성된 전원연결부(250)는 음극(210)의 상부방향으로 연장형성되되, 하우징(100)의 상측 단부에 대응되는 부분부터 하우징(100)의 외부 방향으로 절곡되어 하우징(100)의 상단에 거치되도록 형성되었다.
음극(210)의 중심부에 직경이 5mm인 원형 형태를 갖는 통과홀(230)이 형성되었다.
전원(240)은 음극(210)과 양극(220)으로부터 연장형성된 전원연결부(250)에 연결되었다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 구조 및 구성요소를 갖는 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 준비하였다. 단, 실시예 2에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 음극(210)의 중심부에는 직경이 5mm인 원형 형태를 갖는 통과홀(230) 대신 직경이 10mm인 원형 형태를 갖는 통과홀(230)이 형성되었다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 구조 및 구성요소를 갖는 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 준비하였다. 단, 실시예 2에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 음극(210)의 중심부에는 직경이 5mm인 원형 형태를 갖는 통과홀(230) 대신 직경이 20mm인 원형 형태를 갖는 통과홀(230)이 형성되었다.
<시험예 1>
시험예 1에서는 실시예 1 내지 3에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 하우징(100)에 전해질(A)이 수용되고, 전원(240)을 이용하여 음극(210)과 양극(220)에 전기적 에너지를 인가하였을 때 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장이 전체적으로 균일하게 형성되는지 여부를 확인하였다.
이를 위해 COMSOL사에서 제공하는 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션 수행하였다.
보다 자세하게는, COMSOL Multiphysics 소프트웨어에 설정값을 입력하여 실시예 1 내지 3에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 2차원 단면과 동일한 구조의 셀을 모델링하였다. 음극(210)과 양극(220) 사이의 거리 및 음극(210)에 형성된 통과홀(230)의 직경을 입력하였다. 아울러, 음극(210)과 양극(220)의 폭은 30mm가 되도록 입력하였다.
실시예 1 내지 3에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 2차원 단면의 모델링시 입력된 설정값을 표 1에 정리하였다.
음극과 양극 사이 거리(mm) 음극과 양극의 폭(mm) 통과홀의 직경(mm)
실시예 1 30 30 5
실시예 2 30 30 10
실시예 3 30 30 20
이후, COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 이용해 음극(210)과 양극(220)에 전기에너지가 인가되었을 때를 시뮬레이션하였고, 전해질(A) 내부에 형성되는 전기장 분포를 분석하였고, 분석 결과를 도 6a 내지 6c에 나타내었다.
도 6a 내지 6c를 참조하면 실시예 1에서는 음극(210)보다 하부에 수용된 전해질(A)의 내부에서 전체적으로 전기장이 균일하게 형성되는 것을 확인할 수 있고, 실시예 2 내지 3에서는 통과홀(230) 부근에서 전기장의 굽힘이 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
보다 자세하게, 실시예 2 내지 3에서는 통과홀(230)로부터 하부 방향으로 통과홀(230)의 반경만큼 떨어진 영역까지 전기장의 굽힘이 관찰되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 실시예 2 내지 3에서도 통과홀(230)로부터 하부 방향으로 통과홀(230)의 반경보다 상대적으로 멀리 떨어진 전해질(A) 영역에서는 전기장이 균일하게 형성되는 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명의 실시예들에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 이용하여 SVET를 평가할 때 SVET의 진동 전극(B)을 통과홀(230)로 통과시키되, 진동 전극(B)의 팁(C)이 통과홀(230)의 반경보다 상대적으로 하부 방향에 위치하도록 하면 SVET를 평가하는데 별 무리가 없는 것을 확인할 수 있는 결과이다.
<시험예 2>
시험예 2에서는 실시예 1에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀을 이용하여 SVET를 평가하였다. 평가에 사용된 SVET는 AMETEK Inc.에서 제조된 VS-SECM (DC and AC) Scanning Electrochemical Microscope이었다.
먼저, 실시예 1에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 음극(210)의 상부면까지 침지되도록 하우징(100)에 전해질(A)을 투입하였다. 이때, 전해질(A)로는 전기 전도도가 6.024 x 10-4 S/cm인 0.005M NaCl 용액을 사용하였다.
이후, 실시예 1에 따른 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀의 통과홀(230)로 SVET의 진동 전극(B)을 통과시켜 진동 전극(B)의 팁(C)이 하우징(100)의 중심에 위치하도록 한 후, 전원(240)을 이용하여 음극(210)과 양극(220)에 전기에너지를 인가하여 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부에 전기장을 형성하였다. 이때, 하우징(100)에 수용된 전해질(A) 내부의 전류밀도가 -66.7 μA/cm2 되도록 음극(210)과 양극(220)에 전기에너지를 인가하였다.
이후, 진동 전극(B)의 진동폭과 진동수를 변화시키면서 SVET를 통해 전압차를 측정하고, 전술한 식 1을 이용하여 전압차를 산출하였다.
진동 전극(B)의 진동폭과 진동수, SVET를 통해 측정되는 전압차와 식 1을 이용하여 산출되는 전압차를 아래 표 2에 정리하였고, 실험 번호 9, 12 및 15에 따른 조건에서 SVET를 통해 측정되는 전압 그래프를 각각 도 7a, 7b 및 7c에 나타내었다. 아울러, 측정값 오차를 (SVET틀 통해 측정된 전압차 - 식 1을 이용하여 산출된 전압차)/(식 1을 이용하여 산출된 전압차)로 정의하여 표 2에 나타내었다.
실험
번호		 진동 전극 진동폭
[㎛]		 진동 전극 진동수
[Hz]		 SVET를 통해 측정된 전압차
[mV]		 식 1을 이용하여 산출된 전압차
[mV]		 측정값 오차
1 1 80 0.0038 0.011 -65%
2 1 98 0.0034 0.011 -69%
3 1 122 0.0037 0.011 -66%
4 5 80 0.018 0.055 -67%
5 5 98 0.018 0.055 -67%
6 5 122 0.024 0.055 -56%
7 10 98 0.039 0.111 -65%
8 10 122 0.050 0.111 -55%
9 10 150 0.103 0.111 -7%
10 20 98 0.080 0.221 -64%
11 20 122 0.106 0.221 -52%
12 20 150 0.216 0.221 -2%
13 40 98 0.158 0.443 -64%
14 40 122 0.189 0.443 -57%
15 40 150 0.401 0.443 -9%
표 2를 참조하면, 실험 번호 1 내지 8, 10 내지 11, 13 내지 14에서는 측정값 오차가 최대 -69% 차이날 만큼 SVET를 통해 측정된 전압차와 식 1을 이용하여 산출된 전압차가 크게 차이나는 것을 확인할 수 있다. 이는 SVET가 전압차를 정확하게 측정하지 못하고 있는 것을 확인할 수 있는 결과이고, 사용자가 SVET를 이용하여 소재의 부식특성을 파악하고자 할 때 실험 번호 1 내지 8, 10 내지 11, 13 내지 14에 따른 진동 전극(B)의 진동폭과 진동수를 이용하면 소재의 부식특성을 정확하게 파악할 수 없는 것을 확인할 수 있는 결과이다.
반면에 실험 번호 9, 12 및 15에서 SVET를 통해 측정된 전압차와 식 1을 이용하여 산출된 전압차의 차이는 실험 번호 1 내지 8, 10 내지 11, 13 내지 14에서의 차이보다 적은 것을 확인할 수 있다. 특히, 실험 번호 12에서는 측정률 오차가 -2%로 나타나 SVET를 통해 측정되는 전압차와 식 1을 이용하여 산출되는 전압차가 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 사용자가 시험예 2에서 사용된 SVET를 이용하여 소재의 부식특성을 파악하고자할 때 진동 전극(B)이 실험 번호 9, 12 및 15 중 어느 하나에서의 진동수와 진동폭으로 진동하도록 하면 소재의 부식특성을 상대적으로 정확하게 파악할 수 있을 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
A: 전해질, B: 진동 전극, C: 팁,
100: 하우징,
200: 전기장형성부,
210: 음극, 220: 양극, 230: 통과홀,
240: 전원, 250: 전원연결부, 260: 통과홈.

Claims (6)

  1. 전해질을 수용하는 하우징; 및
    상기 하우징에 구비되어 상기 전해질 내부에 상기 전해질의 계면과 수직한 방향으로 전기장을 형성하고, 상기 전해질 내부에 진동 전극이 위치가능하도록 상기 진동 전극이 통과하기 위한 통과홀이 형성된 전기장형성부;를 포함하는 것
    인 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전기장형성부는
    상기 전해질 내부에 침지되어 구비되고, 소정간격 이격되어 서로 마주보도록 구비되는 한 쌍의 전극;
    한 쌍의 상기 전극 중 하나에 형성되는 상기 통과홀; 및
    상기 전극에 연결되고, 상기 전극에 전기에너지를 인가하여 상기 전해질 내부에 상기 전기장이 형성되도록 하는 전원;을 포함하는 것
    인 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극은
    상기 하우징의 상부에 구비되어 상기 전해질 내부에 침지되고, 상기 전원과 연결되는 음극;과, 상기 음극으로부터 소정간격 이격되어 상기 음극과 마주보도록 구비되고, 상기 전원과 연결되는 양극;으로 구성되는 것이고,
    상기 통과홀은 상기 음극에 형성되는 것
    인 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 음극과 상기 양극은 상기 하우징 내부에 수용된 전해질 내부에 전기장이 균일하게 형성되도록 판상 형태를 가지고, 일면과 타면이 상기 전해질의 계면과 수평하도록 상기 전해질 내부에 침지되는 것
    인 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 통과홀은 원형과 정사각형 중 어느 하나의 형태를 가지는 것
    인 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 통과홀은 직경이 1 내지 20mm인 원형 형태를 가지는 것
    인 SVET 평가를 위한 수직형 모니터링 셀.
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