TS Science

In-situ  Raman System

 

 

 

 

Raman In-situ 분석은 라만 분광법(Raman spectroscopy)과 in-situ 방법을 결합한 방법입니다.

 

여기서 Raman분광법은 빛과 분자 진동의 상호 작용을 이용해 물질을 식별하고 분자 구조 및 특성을 분석하며 형태를 평가하고 동적 프로세스를 모니터링하는 데 사용되는 스펙트럼을 생성하는 방법이며, In-situ방법은 주로 반응 과정의 모니터링, 촉매 반응 연구, 고체-액체 상변화 관찰 등에 사용됩니다. 

 

 

결론적으로, Raman In-situ 방법은 특정 화학 반응이나 물질의 변화 과정을 실시간으로 분석하는 기법으로 촉매 반응, 배터리, 반도체, 환경분석 분야에서 매우 유용한 시스템입니다.

 

 

위 연구에서 사용되는 JASCO Raman은 분석법에 따라 여러가지의 액세서리를 장착할 수 있으며, 최소한의 시료 전처리만으로도 in-situ 또는 ex-situ에서 사용할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

1. Li-ion battery In-situ Raman 분석

 

 

리튬 이온 배터리는 모든 종류의 휴대용 전자 장치나 무선 도구에 널리 사용되며, 새로 개발된 전기 자동차에 사용됩니다.

 

이 모든 장치의 전력 수요가 복잡해짐에 따라 리튬 이온 배터리의 성능이 문제가 되고 있습니다. 이러한 성능은 음극과 양극의 상태에 영향을 받습니다.

 

 

충전 및 방전 과정에서 리튬 이온은 한 전극에서 다른 전극으로 (전해질을 통해) 이동하여 두 재료의 구조적 변화를 유도합니다. 이상적으로는 관찰된 모든 변화는 가역적이지만, 경우에 따라 충전/방전 과정은 음극 또는 양극에서 돌이킬 수 없는 변화를 유발할 수 있습니다.

 

 

라만 분광법은 분석된 재료에서 발생하는 구조적 변화에 대한 직접적인 해답을 제공합니다. 비접촉식이고 빠르기 때문에 샘플에 영향을 미치지 않으며 배터리의 경우 충/방전 주기 동안 실시간으로 분석할 수 있습니다. 사용하기 쉽지만 여전히 정보가 풍부한 라만 분광법은 다양한 R&D 요구 사항부터 자동 품질 관리 측정에 이르기까지 여러 분석 수준에서 훌륭한 도구입니다.

 

 

 

 

2. 장착 가능한 in-situ cell

 

 

 

 

1. ECC-Opto-10 & PAT-Cell-Opto-10

 

 

 

 

 

 

EL-CELL사의 ECC-Opto-10은 Raman In-situ 분석에 최적화된 전기화학 셀로, 리튬 이온 배터리와 같은 에너지 저장 장치 연구에 주로 사용되며, 전기화학적 실험과 동시에 광학 분석(라만 분광법 등)을 가능하게 하여 배터리 소재의 충방전 중 구조적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있습니다.

 

이 셀은 투명한 창을 통해 광학 장비를 사용하여 전극에서 일어나는 구조적, 화학적 변화를 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 전기화학적 실험을 지원해 전극 재료의 성능 평가와 메커니즘 연구에 유용하며, 리튬 이온 배터리뿐 아니라 나트륨 이온 배터리 등 다양한 전기화학 시스템에도 호환될 수 있습니다. 또한, 밀폐형 구조로 외부 환경의 영향을 최소화하여 실험 정확도와 재현성을 높이는 장점을 갖추고 있습니다.

 

 

 

2. ECC-Opto-Std & ECC-Opto-Std-Aqu

 

 

 

 

 

EL-CELL사의 ECC-Opto-Std는 Raman In-situ 분석을 위한 전기화학 셀로, 리튬 이온 배터리 및 다양한 에너지 저장 장치 연구에 사용되며, 전기화학적 실험과 함께 라만 분광법을 통해 실험 중 배터리 소재의 구조적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있도록 설계되었습니다.

 

이 제품은 투명한 창을 통해 라만 분광법, FTIR 등 광학 분석 장비를 사용할 수 있으며, 전극에서 일어나는 구조적 및 화학적 변화를 실시간 모니터링할 수 있습니다. 또한, 충방전 실험과 같은 전기화학 테스트를 지원하여 배터리 내부의 전기화학적 반응이 진행되는 동안 데이터를 얻고, 이를 통해 전극 재료의 성능 및 반응 메커니즘을 깊이 분석할 수 있습니다.

 

다양한 에너지 저장 시스템에 사용될 수 있는 유연한 설계 덕분에 배터리 소재 연구 및 촉매 반응 연구 등 폭넓은 응용이 가능하며, 밀폐된 구조는 외부 환경 요인의 영향을 최소화하여 실험의 정확성과 재현성을 보장합니다. ECC-Opto-Std과 ECC-Opto-Aqu[수계환경 측정 전용]는 리튬 이온 배터리와 같은 전기화학 시스템에서 전극 재료의 변화와 성능을 실시간으로 분석할 수 있는 필수적인 연구 도구로, 전기화학적 반응과 구조적 변화를 동시에 파악할 수 있어 연구자들에게 중요한 정보를 제공합니다.

 

 

 

3. ECC-Opto-Gas

 

 

 

 

 

EL-CELL사의 ECC-Opto-Gas는 Raman In-situ 분석을 위한 전기화학 셀로, 가스 환경에서의 전기화학적 반응을 실시간으로 분석할 수 있도록 설계된 도구입니다.

 

이 제품은 라만 분광법을 비롯한 광학 분석을 결합하여, 배터리와 같은 에너지 저장 장치의 소재가 가스와 상호작용할 때 발생하는 구조적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 가스 환경에서 전극 재료의 반응을 실시간으로 관찰하며, 충방전 실험 등 전기화학적 테스트를 병행할 수 있어, 전기화학 반응 메커니즘과 재료 성능을 심층적으로 분석하는 데 유용합니다. 또한 가스 흐름을 제어할 수 있는 기능을 갖추고 있어 다양한 가스 환경에서 실험을 수행할 수 있으며, 이를 통해 촉매 연구와 배터리 소재 연구에도 폭넓게 활용됩니다.

 

밀폐형 셀 구조는 외부 환경의 영향을 최소화하여 실험의 재현성과 정확성을 높이는 중요한 요소로 작용하며, 배터리와 촉매 연구, 연료전지 및 전기화학 시스템에서 가스 환경에서의 전기화학적 반응 메커니즘을 실시간으로 분석할 수 있는 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다.

 

 

 

4. redox.me-Raman EQCM FC

 

 

 

 

 

Redox.me의 Raman EQCM FC (Flow Cell)는 전기화학, 라만 분광법, Quartz Crystal Microbalance(QCM)를 결합하여 전기화학 실험 중 실시간으로 화학 반응을 분석할 수 있는 장비입니다.

 

14 mm 또는 25.4 mm 크기의 석영 센서를 사용하며, 활성 면적은 3.5 cm², 전해질 용량은 4.5 mL입니다. 주요 구성 요소로는 QCM sensor holder, 참조 및 보조 전극이 설치된 전극실, Raman laser 분석을 위한 사파이어 창이 있습니다.

 

이 장치는 물 기반 및 유기 용매 기반 전해질에 모두 적합하며, 밀폐형 설계를 통해 산소와 물을 배제할 수 있습니다. 이를 통해 산화 환원 반응 시 양성자 농도 변화를 추적하고, 전극 표면에서의 질량 변화 및 물질의 구조와 분포를 분석할 수 있습니다

 

 

 

 

3. 장착 가능한 in-situ Temp Control Stage

 

 

 

 

1. Linkam TS1000 / TS1200 / TS1500 / TS1400XY

 

 

 

 

 

 

Linkam사의 High Temperature Stage-TS Series는 고온 실험을 위해 설계된 제품입니다. 위 제품은 라만분광기, FTIR 현미경 등 Stage에 장착하여 사용합니다.

 

TS1000 - RT ~ 1000°C / 진공 연결 및 전기적 특성 측정 기능 옵션 / Sample cup size - 지름 17mm, 깊이 3mm

TS1200 - RT ~ 1200°C / 진공 연결 및 전기적 특성 측정 기능 옵션 / Sample cup size - 지름 10mm, 깊이 5mm

TS1500 - RT ~ 1500°C / 진공 연결 및 전기적 특성 측정 기능 옵션 / Sample cup size - 지름 7mm, 깊이 3 or 5mm

TS1400XY - RT ~ 1400°C / 샘플을 빠르게 냉각하는 고속 냉각 기능 존재, X,Y축으로 6mm씩 샘플 위치 미세 조정 가능 / Sample cup size - 지름 7mm, 깊이 2mm

 

 

 

 

2. Linkam LTS420

 

 

 

 

 

 

Linkam사의 Temperature Control + Large Sample Stage - LTS420는 대형 샘플의 고온 실험을 위해 설계된 제품입니다. 위 제품은 라만분광기, FTIR 현미경 등 Stage에 장착하여 사용합니다.

 

LTS420 - -196 ~ 420°C / 진공 연결 및 전기적 특성 측정 기능 옵션 / Sample area - 53.5mm x 43mm / X,Y축 방향 모두 15mm를 조작할 수 있습니다.

 

[LNP96이라는 액세서리를 추가 장착 시 액화질소를 통하여 매우 낮은 온도까지 도달이 가능합니다.]

 

 

 

 

3. Linkam THMS600

 

 

 

 

 

 

Linkam사의 Excellent Accuracy and Stability Temperature Control - THMS600는 Temperature stability <0.01°C의 고정밀 Stage입니다.. 위 제품은 라만분광기, FTIR 현미경 등 Stage에 장착하여 사용합니다.

 

LTS420 - -196 ~ 600°C / 진공 연결 및 전기적 특성 측정 기능 옵션 / Sample area - 22mm diameter / X,Y축 방향 모두 16mm를 조작할 수 있습니다.

 

[LNP96이라는 액세서리를 추가 장착 시 액화질소를 통하여 매우 낮은 온도까지 도달이 가능합니다.]

 

 

 

 

4. Linkam MDS600

 

 

 

 

 

 

Linkam사의 Real-time Monitoring Temperature Control - MDS600는 Micro step motor에 의해 X, Y 축으로 자동으로 이동하여 샘플을 매핑할 수 있습니다. 위 제품은 라만분광기, FTIR 현미경 등 Stage에 장착하여 실시간 모니터링 분석에 유용하게 사용됩니다.

 

LTS420 - -195 ~ 600°C / 진공 연결 및 전기적 특성 측정 기능 옵션 / Sample area - 22mm diameter / X,Y축 방향 모두 15mm를 조작할 수 있습니다.

 

매핑 정확도 - Positional resolution of motors 0.05µm / Position repeatability <3um

 

[LNP96이라는 액세서리를 추가 장착 시 액화질소를 통하여 매우 낮은 온도까지 도달이 가능합니다.]