| 리튬 입자 수송의 "단층벽 리튬 함정" 발견 | ||
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 중국과학기술대학교 마청(马骋) 연구팀은 중국 및 해외 연구팀과 공동으로 투과전자현미경(Spherical Aberration-Corrected Transmission Electron Microscope)을 이용하여 일종의 특이한 비주기성 구조를 직접 관측하였다. 해당 관측은 리튬배터리 고체전해질의 이온 수송 메커니즘 연구에서의 중요한 발견이다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 연구팀은 투과전자현미경을 이용한 고전적 고체전해질 리튬-란타늄-티타늄 산화물(LLTO) 관측에서 대량의 단일 원자층 결함을 발견했다. 이러한 결함은 결정립계, 적층 결함 등과 같은 기존에 알려진 비주기성 구조와 달리 화학 성분, 원자 배열이 리튬 란타늄 티타늄 산화물(LLTO)과 다른 단일 원자층 물질로 조성되며 특정 결정학적 방향에 따라서만 나타난다. 이런 미세 특성은 관측된 단일 원자층 결함이 종종 서로 연결되어 폐쇄 회로를 형성하도록 한다. 이러한 비주기성 구조는 단일 원자층이 구축한 "성"과 같아서 내부의 리튬 이온은 빠져나올 수 없고, 외부의 리튬 이온은 들어갈 수 없다. 따라서 비록 이들 자체는 하나의 원자층 두께지만 재료의 상당 부분이 이온 수송에 참여하는 것을 막을 수 있어 재료 전체의 리튬 이온 수송 효율을 대폭 감소시킨다. 투과전자현미경의 관찰 결과를 기반으로, 연구팀은 이론적 계산을 통해 이러한 결함이 단지 하나의 원자층 두께임에도 불구하고 특수한 원자 구성이 리튬 이온의 수직 방향 통과를 완전히 막을 수 있음을 입증하였다. 따라서 이들이 서로 결합하여 폐쇄 회로를 형성한 후, 리튬 이온은 결함에 의해 폐쇄된 공간에 들어가거나 공간을 벗어날 수 없기 때문에 이 부분 재료는 전체 이온 수송에서 격리된다. 전자현미경으로 해당 현상이 샘플에 대량 존재함을 확인하였고 따라서, 이온 전도율이 1~2개 수량급 감소한다. 연구팀은 이러한 독특한 비주기성 구조를 "단층벽 리튬 함정"이라고 명명하였다. 해당 발견은 결정립계, 결점 결함 이외의 비주기성 구조도 이온 수송에 큰 영향을 미칠 가능성이 있다는 것을 의미한다. 기타 중요 시스템에서도 유사한 연구가 절실히 필요하다. 정보출처 : http://www.cas.cn/cm/202004/t20200421_4741898.shtml?tdsourcetag=s_pctim_aiomsg |
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