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. 소위 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 평가되지만, 새로운 탄소 네트워크는 금속에 더 가깝게 거동합니다. 실제로, 바이페닐 네트워크의 줄무늬는 원자 21개 너비일 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 무게를 줄일 수 있습니다.
하지만 그래핀처럼 이 새로운 버전을 대량으로 제조하는 방법을 찾는 것이 다음 과제입니다. 현재의 조립 방식은 탄소 함유 분자들이 육각형 사슬을 형성하는 매우 매끄러운 금 표면에 의존합니다. 이후 반응들이 이 사슬들을 연결하여 정사각형과 팔각형 모양을 형성하는데, 이는 그래핀과는 다른 최종 결과물을 만들어냅니다.
연구진은 이렇게 설명했습니다. "새로운 아이디어는 그래핀 대신 비페닐을 생산하기 위해 조정된 분자 전구체를 사용하는 것입니다. 이제 목표는 더 큰 시트의 재료를 생산하여 그 특성을 더 잘 이해하는 것입니다."
게시 시간: 2022년 1월 6일
