연구진은 그래핀과 유사하지만 더욱 복잡한 미세 구조를 가진 새로운 탄소 네트워크를 예측했는데, 이는 더 나은 전기 자동차 배터리 개발로 이어질 수 있습니다. 그래핀은 탄소의 가장 유명한 독특한 형태라고 할 수 있습니다. 리튬 이온 배터리 기술의 새로운 게임 룰로 주목받고 있지만, 새로운 제조 방법은 결국 더 많은 전력을 소모하는 배터리를 생산할 수 있습니다.
그래핀은 탄소 원자의 네트워크로 볼 수 있는데, 각 탄소 원자는 인접한 세 개의 탄소 원자와 연결되어 작은 육각형을 형성합니다. 그러나 연구진은 이러한 직접적인 벌집 구조 외에도 다른 구조가 생성될 수 있다고 추측합니다.
이것은 독일 마르부르크 대학교와 핀란드 알토 대학교 연구팀이 개발한 새로운 소재입니다. 그들은 탄소 원자를 새로운 방향으로 유도했습니다. 이른바 바이페닐 네트워크는 육각형, 사각형, 팔각형으로 구성되어 있으며, 그래핀보다 더 복잡한 격자 구조를 가지고 있습니다. 연구진은 따라서 이 네트워크가 그래핀과 상당히 다르며, 어떤 면에서는 더 바람직한 전자적 특성을 가지고 있다고 말합니다.
예를 들어, 그래핀은 반도체로서의 특성으로 높이 평가받지만, 새로운 탄소 네트워크는 금속에 더 가깝게 거동합니다. 실제로, 바이페닐 네트워크의 줄무늬는 원자 21개 너비에 불과할 때 전자 장치의 전도성 실로 사용될 수 있습니다. 그들은 이 크기에서도 그래핀은 여전히 반도체처럼 거동한다고 지적했습니다.
주 저자는 "이 새로운 유형의 탄소 네트워크는 리튬 이온 배터리의 우수한 음극 소재로도 활용될 수 있습니다. 기존 그래핀 기반 소재보다 리튬 저장 용량이 더 큽니다."라고 밝혔습니다.
리튬 이온 배터리의 음극은 일반적으로 구리 호일에 흑연을 도포한 구조입니다. 높은 전기 전도도를 가지고 있어 리튬 이온을 층 사이에 가역적으로 배치하는 데 필수적일 뿐만 아니라, 수천 번의 사이클 동안 이러한 상태를 유지할 수 있기 때문입니다. 이러한 특성 덕분에 리튬 이온 배터리는 고효율 배터리일 뿐만 아니라, 성능 저하 없이 오랫동안 사용할 수 있습니다.
그러나 이 새로운 탄소 네트워크를 기반으로 하는 더 효율적이고 작은 대안은 배터리 에너지 저장을 더욱 집약적으로 만들 수 있습니다. 이를 통해 리튬 이온 배터리를 사용하는 전기 자동차 및 기타 기기의 크기와 무게가 줄어들 수 있습니다.
하지만 그래핀처럼 이 새로운 버전을 대량으로 제조하는 방법을 찾는 것이 다음 과제입니다. 현재의 조립 방식은 탄소 함유 분자들이 처음에 연결된 육각형 사슬을 형성하는 매우 매끄러운 금 표면에 의존합니다. 이후 반응들이 이 사슬들을 연결하여 정사각형과 팔각형 모양을 형성하는데, 이는 최종 결과물이 그래핀과는 다른 형태를 띠게 됩니다.
연구진은 이렇게 설명했습니다. "새로운 아이디어는 그래핀 대신 비페닐을 생산하기 위해 조정된 분자 전구체를 사용하는 것입니다. 이제 목표는 더 큰 시트 형태의 재료를 생산하여 재료의 특성을 더 잘 이해하는 것입니다."
게시 시간: 2022년 1월 6일
