Water transport during cation and anion transport in polypyrrole(PPy) and poly(N-methylpyrrole) (PMPy) films has been investigated by employing the electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) technique, the electrochemical impedance technique, and the electrogravimetric impedance technique. The number of accompanying waters per cation in poly(pyrrole/ copper phthalocyaninetetrasulfonate) (PPy/CuPTS) films, where cation transport prevails, increases with the hydration number of cation in an electrolyte solution ; it increases with the sequence of $Cs^+＜K^+＜Na^+＜Li^+＜Mg^{2+}$. The number of accompanying waters per cation exhibits hysteresis behavior during the redox cycle; it increases during the insertion of a cation whereas it is uniform during the exclusion of a cation. The number of accompanying waters per $Cl^-$ or $SO_4^{2-}$ in poly(N-methylpyrrole/chloride) (PMPy/Cl) and poly(N-methylpyrrole/sulfate) (PMPy/$SO_4$) films, where ion transport is anion-specific, is considerable, whereas the number per $NO_3^-$ in poly(N-methylpyrrole/nitrate) (PMPy/$NO_3$) films is not large. The ionic conductivity of a divalent cation and anion is much smaller than that of a monovalent cation and anion, respectively, because of the strong ion-ion interaction in a film.
The contribution of cation and anion to ion transport in polypyrrole/poly(styrenesulfonate) (PPy/PSS) and polypyrrole/nitrate (PPy/$NO_3$) films has also been obtained to investigate frequency- dependent ion transport mode. In the PPy/PSS film, cation transport is dominant during the fast faradaic process whereas anion transport is dominant during the slow one. On the contrary, in the PPy/$NO_3$ film, anion transport is dominant during the fast faradaic process whereas cation transport is considerable during the slow one.
Finally, the electromechanical impedance technique has been employed to verify the relation between mass and resonant frequency. The morphology change of a PPy film does not affect significantly the resonant frequency of an oscillating quartz crystal though it varies largely during redox cycle. The frequency to mass relation in the gravimetric experiment can be used without considering the morphology change of the film.
전기화학적 수정 미세 저울(EQCM, electrochemical quartz crystal microbalance), 전기화학적 임피던스법(electrochemical impedance technique) 그리고 전자무게 임피던스법(electrogravimetric impedance technique)을 이용하여 폴리피롤(polypyrrole)과 폴리메틸피롤(poly(N- methylpyrrole)) 막의 산화환원 중의 이온과 물의 이동에 대하여 연구하였다. 큰 음이온으로 도핑된 PPy/CuPTS (polypyrrole/copper phthalocyanietetrasulfonate) 막에서는 양이온의 이동이 주로 일어나고, 양이온과 함께 이동하는 물의 양은 양이온의 수화된 정도에 비례하게 나타났다. 그 양은 $Cs^+＜K^+＜Na^+＜Li^+＜Mg^{2+}$ 순서로 증가하고, 묽은 용액에서의 이동 양이 진한 용액에서의 양보다 많았다. 그리고, 양이온 당 물의 이동량은 막의 산화 시에는 일정하였지만 막의 환원 시에는 환원이 진행될수록 점점 증가함을 보였다. 작은 음이온으로 도핑된 폴리메틸피롤 막에서는 음이온의 이동이 주로 일어나고, 음이온 당 이동하는 물의 양은 $NO_3^-$의 경우는 매우 작았지만 $Cl^-$와 $SO_4^{2-}$의 경우는 상당하였으며, 산화환원 방향에 상관없이 일정하게 나타났다. 작은 음이?쩜막? 도핑된 폴리피롤 막의 경우는 음이온의 이동뿐만 아니라 수용액 속에 존재하는 $OH^-$ 의 이동도 일어났다.
양이온과 음이온의 이동이 동시에 존재하는 경우에서 각 이온의 기여도와 확산 계수도 구해보았다. 전도성 고분자막의 산화환원 반응은 빠른 산화환원 반응과 느린 산화환원 반응이 존재한다. PPy/PSS (polypyrrole/polystyrenesulfonate) 막의 경우 빠른 산화환원 반응에서는 양이온의 이동이 주로 일어나고, 느린 산화환원 반응에서는 음이온의 이동이 주로 일어났다. 반대로, PPy/$NO_3$ (polypyrrole/nitrate) 막의 경우 빠른 산화환원 반응에서는 음이온의 이동이 주로 일어나고, 느린 산화환원 반응에서는 양이온의 이동이 주로 일어났다.
