ELECTROCHEMICAL STUDIES OF ZINC ANODE IN NEUTRAL SOLUTIONS FOR MINIATURIZED BATTERY
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 신운섭
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 화학
- 식별자(기타) 000000103741
- 본문언어 영어
초록/요약
생체 이식용 장치의 소형화는 전원의 크기에 의하여 좌우된다. 이와 같은 장치를 소형화 하기 위해 생리용액에서 작동하는 소형화된 생체연료전지의 개발을 위해 많은 연구가 이루어졌다. 하지만 대부분의 생체연료전지에서 산화전극반응은 glucose oxidase (GOx)의 촉매 하에서 연료인 glucose가 전자 두 개를 잃고 gluconolacton으로 산화되는 반응이다. 그러므로 산화전극의 전위는 GOx의 redox center 인 FAD 또는 전자전달 매개체에 의하여 결정되며, 가장 높은 전위는 약 -0.2 V vs. Ag/AgCl 정도이다. 산화전극의 전위를 높이기 위해 아연 산화전극을 사용하였으며 이 전극은 생리식염수 인산완충용액 (pH 7.4, 0.15 M NaCl, 20 mM phosphate (PBS)) 또는 혈청 (serum)에서 작동하여 약 -1.0 V vs. Ag/AgCl 전위를 나타내었다. PBS 용액에서 방전하는 동안 아연산화전극 위에 hopeite (Zn3(PO4)2?4H2O)가 자라난다. 이 hopeite 층은 아연이온 전도체인 동시에 산소 침투는 방지하는 것을 확인하였다. 이렇게 만들어진 아연산화전극은 PBS 에서 약 3주간 방전 가능하며 이때 전류 효율은 86 %를 나타내었고, 혈청 용액에서도 2주간 방전하여 60%의 높은 전류 효율을 보였다. 이 전극의 구동 전압은 전류 밀도 13 A cm-2 에서 약 1.00 V vs. Ag/AgCl 이며 전류 밀도가 20배인 조건에서도 약 0.94 V vs. Ag/AgCl 의 구동 전압을 가지고 있다. 전기화학적인 방법과 표면 관찰 방법을 이용하여 여러 다른 조건에서 음이온(Cl-, PO43-)의 영향에 대하여 관찰하였으며 이 결과를 바탕으로 Cl- 이온과 PO43- 이온이 적당한 농도 비율로 있을 때 형성되는 hopeite층이 산소의 침투는 막고 아연이온은 잘 전도하는 층이 형성 되는 것을 확인하였다.
more초록/요약
The miniaturization of body-implanted devices such as drug-delivery system is mainly limited by the size of power source. There have been a lot of efforts to develop miniaturized bio-fuel cells operating in physiological conditions. The anode mainly used was glucose electrode where glucose oxidase (GOx) catalyzes the 2 electron oxidation of glucose to gluconolactone. Therefore, the anode potential was limited by the potential of FAD redox center of GOx or mediator employed and -0.2 V vs Ag/AgCl was the most negative potential obtained. To increase the anode potential limit miniaturized Zn anode which can be operated at -1.0 V vs Ag/AgCl in physiological saline buffer (pH 7.4, 0.15 M NaCl, 20 mM phosphate) and serum. During the discharge, the hopeite (Zn3(PO4)2∙4H2O) were overgrown on zinc electrode. The film is O2 impermeable and conducts Zn2+ ions. The hopeite lamellae allow discharge of the Zn anodes over three weeks at 86 % current efficiency in physiological buffer and at 60 % efficiency, over two weeks, in serum. The operating voltage of the Zn ？H physiological buffer？H Ag/AgCl cell is 1.00 V at 13 ？HA cm-2 anodic current density and 0.94 V at 200 260 ？HA cm-2 current density. The effects of anions on zinc anode discharge were examined using the electrochemical methods and surface morphologies were copmpared in different solution conditions. On the basis of these result, the high efficiency is from the formation of Zn2+ conducting and O2 blocking layer of hopeite in the appropriate concentration of phosphate and chloride
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