배터리 슈퍼커패시터 태양전지 등 효율성 향상이 가능한 나노리본

배터리 슈퍼커패시터 태양전지 등 효율성 향상이 가능한 나노리본

배터리 슈퍼커패시터 태양전지 등의 분야에서 효율성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 나노리본을 런던 칼리지 대학 연구원들이 발견하였습니다. 이 나노리본은 전기 전도성이 높고 매우 낮은 온도에서도 전기를 전도할 수 있으며, 액체형태로 대량 생산도 가능합니다.

 

목차

2019년 인 나노리본 발견

비소-인 합성 나노리본 발견

활용가능성

연구내용

Contents

 

2019년 인 나노리본 발견

런던 칼리지 대학(University College London) 연구원들은 배터리, 슈퍼커패시터, 태양전지 등의 효율성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 비소와 인의 합금으로 만들어진 원자 1개 두께의 리본을 만들었습니다. 2019년에 연구팀은 인 나노리본을 발견하였고, 이 나노리본은 이후 리튬 이온 배터리 수명과 태양전지 효율을 높이는 데 사용되었습니다. 그러나 인으로만 구성된 나노리본은 전기를 잘 전도하지 못하여 특정 응용 분야에서 성능이 떨어졌습니다.

 

 

 

비소-인 합성 나노리본 발견

연구원들은 다시 인과 소량의 비소로 합성한 나노리본을 만들었습니다. 이 나노리본은 인과 비소의 매우 유용한 특성을 유지하면서 -140oC 이상의 온도에서도 전기를 전도할 수 있다는 것을 특성을 발견했습니다. 이 나노리본을 원자두께의 층으로서 태양전지에 입히면 태양으로부터 더 많은 에너지를 활용할 수 있게 됩니다. 또, 배터리와 슈퍼커패시터의 에너지 저장을 개선하고 의학에 사용되는 근적외선 감지기를 향상시키는 등 다양한 방법으로 응용할 수 있습니다. 이 연구는 미국 화학 학회지(Journal of the American Chemical Society)에 발표되었습니다.

 

활용가능성

비소-인 나노리본

비소-인 나노리본은 자성을 띠는 것으로 밝혀졌는데, 이러한 특성은 잠재적으로 양자 컴퓨터에서도 활용할 가능성이 인습니다. 이 연구는 나노물질 계열의 특성과 그에 따른 응용 및 잠재력을 보여줍니다. 연구원들은 인과 셀레늄이나 게르마늄과 같은 다른 원소를 결합한 합금을 만드는 데 동일한 기술이 사용될 수 있다고 하였습니다. 리튬 이온 또는 나트륨 이온 배터리의 양극 재료로 사용하려면 현재 인 나노리본을 탄소와 같은 전도성 재료와 혼합해야 합니다. 비소를 첨가하면 탄소 필러가 더 이상 필요하지 않고 제거될 수 있어 배터리가 저장할 수 있는 에너지의 양과 충전 및 방전 속도가 향상됩니다. 또, 태양 전지에서 비소-인 나노리본은 전하 흐름을 더욱 향상시켜 전지의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

 

연구 내용

연구원들이 만든 비소-인 나노리본의 층수는 원자단위이고, 높이와 길이는 마이크로미터 및 나노미터 단위입니다. 인과 비소 시트로 구성된 결정과 -50℃의 액체 암모니아에 용해된 리튬을 혼합하여 만들어졌습니다. 24시간 후 암모니아를 제거하고 유기 용매로 대체합니다.

시트의 원자 구조는 리튬을 의미합니다. 이온은 측면이 아닌 한 방향으로만 이동할 수 있으므로 리본이 생성되는 균열이 발생합니다. 나노리본의 주요 특징은 매우 높은 hole mobility를 갖는다는 것입니다. Hole은 전기 수송에서 전자의 반대 파트너이므로 이동성을 향상시키면 전류가 보다 효율적으로 이동하는 데 도움이 됩니다.

나노리본은 액체 형태로 대량 생산이 가능하며 이를 사용하면 다양한 응용 분야에 저렴한 비용으로 적용할 수 있습니다.

 

Contents

Date : September 21, 2023

Source : University College London

Journal Referance : Production of Magnetic Arsenic–Phosphorus Alloy Nanoribbons with Small Band Gaps and High Hole Conductivities