흑연 삽입 화합물 (GIC)을위한 간단하고 빠른 바카라 하는 법 방법을 개발했습니다

Iyo Akira, Iyo Akira, 초전도 전자 그룹, 초전도 전자 그룹, 초전도 전자 그룹, 기본 전자 기술 연구 부서, National Electronictronics Division, National Electronictronics Division, National Electronictronics Division, National Electronics Research Division, 바카라 커뮤니티 (이하 "AIST"), Advanced Industrial and Technology의 국립 연구소 (HEALSINA), "AIST", 이스 르니다 (Sturemin) " 연구 그룹의 이사 인 나가사키 히로시 (Nagasaki Hiroshi) 최고 연구원은 금속 나트륨 (NA)이 흑연 삽입 화합물 (GICS)촉매로 작동한다는 것을 발견했다 이를 바탕으로 GIC의 고속 및 편리한 질량 바카라 하는 법을 허용하는 새로운 방법 (NA 촉매 방법)을 개발했습니다 NA 촉매 방법을 사용한이 GIC 제조 방법은 GIC 응용 분야의 개발 및 산업용 사용에 기여할 수 있습니다 이 기술에 대한 자세한 내용은 2023 년 1 월 20 일 "고급 재료"에 게시 됨

탄소 (C)는 흑연, 다이아몬드, 풀러렌,그래 핀, 탄소 나노 튜브 등allotropic존재합니다 이들은 완전히 다른 기능을 가지고 있으며 광범위한 분야에서 연구 및 적용되고 있습니다 예를 들어, 그래 핀은 2004 년에 발견 된 C의 새로운 동반자이며 매우 높은 전기 및 열전도율과 같은 고유 한 특성을 가지고 있습니다 흑연은 약한 그래 핀으로 적층되는 물질입니다 흑연은 연필 리드에도 사용되는 일반적인 재료입니다 흑연은이 그래 핀 층 사이에서 삽입 될 수있다 (다양한 원자 및 분자) (도 1) 삽입에 의해 생성 된 물질을 흑연 삽입 화합물 (GIC)이라고한다

인터레이어로 들어가는 원자 유형에 따라 여러 가지 GIC가 있으며, 각각 고도도, 가스 저장 및 초전도성과 같은 다양한 기능이 있습니다 흑연의 삽입 현상은 또한 리튬 이온 2 차 배터리의 전극에도 사용됩니다 최근에, GIC를 원료로 사용하는 그래 핀 바카라 하는 법 기술이 개발되었으며, 향후 많은 다른 응용 분야가 예상됩니다 하지만,증기 위상 방법ya용융 소금 방법와 같은 기존의 GIC 바카라 하는 법 방법 바카라 하는 법 과정이 복잡하기 때문에 고품질 샘플의 질량 바카라 하는 법에 적합하지 않았으며, 바카라 하는 법은 며칠에서 몇 주가 걸렸으며, 단계 구조 (도 1)는 제어하기 쉽지 않았으며 비싸고 지향적 인 흑연 원료가 필요했습니다 따라서 실질적인 사용을위한 혁신적인 GIC 바카라 하는 법 방법을 개발하는 것이 바람직했습니다

AIST는 에너지 절약 사회와 혁신적인 양자 컴퓨팅을 실현하는 것을 목표로합니다차세대 초전도 재료 검색수행 중입니다 이 과정에서 CAC₆나트륨 금속 (NA)의 존재하에 쉽게 형성 될 수 있습니다 또한, 우리는 NA의 이러한 효과가 Li 및 K와 같은 알칼리성 금속의 GIC (AM-GIC, AE-GIC)의 생산에 효과적이라는 것을 발견했다 이 우발적 인 발견을 바탕으로 우리는 AM-GIC 및 AE-GIC를 쉽게 바카라 하는 법 할 수있는 연구 기술을 연구했습니다

AIST는 금속 나트륨을 AM 또는 AE에 첨가하여 금속 나트륨 (C) 및 AM 또는 AE에 금속 나트륨을 추가하여 제어 된 단계 구조로 GIC를 바카라 하는 법하는 방법을 개발했습니다 LIC₆의 바카라 하는 법 사용 예를 들어 (도 2A), 혼합 시간에 걸친 샘플의 모양의 변화는도 2A-1에 도시되어있다 혼합 시작시, 샘플은 검은 작은 플라크입니다 (그림 2A-2) 그 후, 혼합물은 은빛 점토와 같은 모양으로 바뀌었다 (도 2A-3) 추가 혼합은 약 15 분 후에 샘플이 황금빛을 돌릴 수있게 해주었다 (도 2A-4)

현재 GIC 생성 프로세스를 조사하려면X- 선 회절 (XRD) 방법혼합 시간과 관련하여 샘플의 혼합으로 인한 물질의 변화와 그 비율을 조사하는데 사용되었다 (도 2b) 2 분의 혼합 후, 1 단계 및 2 단계 구조와 Li-GIC (LIC₆및 LIC₁₂) 및NA-GIC (NAC_x)발생하기 시작합니다 반응은 일반적으로 약 15 분의 혼합 후에 완료되며 샘플은 최종적으로 lic₆의 혼합물로 밝혀졌습니다 그리고 na 또한 LIC를 사용할 수 있도록 원료의 혼합 비율을 변경하십시오₁₂나는 또한 그것을 바카라 하는 법 할 수있었습니다 동일한 절차를 사용하여 1-4 단계 구조가있는 k-gic (kc₈, KC₂₄, KC₃₆, KC₄₈)를 성공적으로 바카라 하는 법했습니다 예를 들어, K-Gics는 스테이지 구조에 따라 가스 저장 특성과 같은 다른 기능을 가지므로 Stage 구조의 제어 가능성은 GIC 응용 분야에서 중요합니다

ae-gic (aec₆)는 상대적으로 높은 온도에서 초전도성을 나타내는 것과 같은 우수한 특성을 가지지 만 AM-GIC보다 바카라 하는 법하기가 상당히 어렵다고 알려져 있습니다 일반적으로, 기존의 방법은 6-10 일에 걸쳐 350 ℃ 내지 450 ℃에서 AEC이다₆바카라 하는 법됩니다 금속 나트륨 첨가는 AEC₆바카라 하는 법에도 매우 효과적이었습니다 AEC₆바카라 하는 법 할 때는 원료와 금속 나트륨을 혼합하는 것 외에도 열처리가 필요하지만 온도는 250 ° C이며 기존 방법보다 낮고 몇 시간 안에 AEC₆바카라 하는 법되었습니다

우리는 또한 금속 나트륨을 첨가하는 것이 GIC 생성을 촉진하는 이유를 배웠습니다 XRD 분석 결과에서 금속 NA는 GIC 생산 공정 및 NAC_x양식,반응 중간체에 의해 가속화 된 것으로 밝혀졌다 금속 나트륨은 GIC 생성을위한 촉매로서 작용하는 것으로 볼 수있다

금속 나트륨 금속은이 NA 촉매 방법을 사용하여 바카라 하는 법 된 샘플에서 반드시 유지됩니다 따라서, 우리는 또한 샘플에서 금속 나트륨을 감소시키는 방법을 개발했다 먼저 샘플을 펠렛 몰더에 넣고 150 ° C (98 ° C 이상의 금속 나트륨의 수분 지점)로 가열하십시오 다음으로,도 2c에 도시 된 바와 같이, 푸시로드로 샘플을 눌러, 액체 금속 NA를 샘플에서 밀어내어 밀도가 높은 gic 펠렛을 초래 하였다

표면 연마 GIC 펠릿의 사진이 그림 3A-3C에 나와 있습니다 그래 핀 층에 의해 유지되는 전자의 양은 삽입 요소 및 GIC의 스테이지 구조에 따라 다르기 때문에 각각의 펠렛은 독특한 색상을 나타낸다 수득 된 GIC 펠렛은 XRD를 사용하여 평가 한 후 단일 단계 구조로만 구성된 고품질 GIC가도 3D에 도시 된 바와 같이 얻어 졌음을 발견 하였다

위에서 언급했듯이, 우리는 기존의 방법보다 훨씬 낮은 온도와 짧은 시간에 고품질 AM-GIC 및 AE-GICS의 바카라 하는 법을 가능하게하는 나트륨 촉매 방법을 개발했습니다 이 방법을 사용하면 저렴한 분말 흑연을 원료로 사용할 수 있으며 간단한 장비를 사용하는 간단한 공정으로 GIC의 대규모 바카라 하는 법으로 쉽게 확장 할 수 있습니다

우리가 개발 한 나트륨 촉매 방법은 기존의 방법보다 훨씬 낮은 온도와 짧은 시간에서 고품질 AM-GIC 및 AE-GIC의 바카라 하는 법을 허용합니다 또한,이 방법을 사용하면 원료로서 저렴한 분말 흑연을 사용할 수 있으며, 장비 및 공정은 기존의 방법보다 각 단계에서 더 쉽습니다 그러나, Na- 촉매 된 방법을 사용한 GIC 바카라 하는 법에 대한 연구는 막 시작되었다 앞으로, 우리는 GIC의 질량 바카라 하는 법 및 적용 개발에 대한 연구를 수행하고, AE 가외의 요소 및 분자의 효과를 검증하고 흑연과의 삽입에 대한 AM에 대한 AM을 확인하고, NA의 촉매 작용을 통해 GIC 생산의 미세한 메커니즘을 설명 할 것입니다 또한 GIC 및 삽입 현상을 사용하는 2 차 배터리의 전극에 NA 촉매 방법을 적용 할 가능성을 추구 할 것입니다

게시 된 잡지 :고급 재료
종이 제목 : 나트륨에 의해 촉매 된 흑연 삽입 화합물의 극적으로 가속화 된 형성
저자 : Akira Iyo, Hiraku Ogino, Shigeyuki Ishida, Hiroshi Eisaki
doi : 101002/Adma202209964

촉매

화학 반응 전후에 변하지 않지만 반응 속도를 증가시키는 기능이 있습니다[참조로 돌아 가기]

그래 핀

Beehive와 같은 육각형 형태로 탄소 원자를 결합하여 형성된 하나의 원자와 동일한 두께 시트[참조로 돌아 가기]

allotropic

동일한 요소로 구성된 단일 물질로서, 다른 결정 구조 및 결합 패턴을 갖는 물질을 동 만수라고한다[참조로 돌아 가기]

증기 위상 방법

이것은 가스 원자 및 분자와 흑연에 접촉하여 GIC를 바카라 하는 법하는 방법입니다 증발하기 쉬운 알칼리 금속에 널리 사용됩니다 바카라 하는 법 절차는 복잡하며 바카라 하는 법하는 데 약 일주일이 걸리므로 GIC의 질량 바카라 하는 법에는 적합하지 않습니다[참조로 돌아 가기]

용융 소금 방법

이것은 삽입 요소를 용해시키는 LICL-KCL과 같은 용융 염에 흑연을 침지시켜 GIC를 바카라 하는 법하는 방법입니다 알칼리성 지구 금속 (AES)에 널리 사용됩니다 AE-GIC의 바카라 하는 법은 예를 들어 350 ° C에서 몇 ~ 10 일이 걸립니다[참조로 돌아 가기]

차세대 초전도 재료 검색

우리는 무작위로 선택된 여러 요소가 우연히 새로운 초전도 재료를 바카라 하는 법하기 위해 반응하는 조합 방법을 사용하여 검색하고 있습니다 선택된 원소에서 Ca, Na 및 C의 존재는 Na의 첨가를 사용하여 GIC 바카라 하는 법 방법을 초래 하였다[참조로 돌아 가기]

X- 선 회절 (XRD) 방법

X- 선이 샘플에 조사 될 때, X- 선은 샘플에 포함 된 물질에 따라 회절된다 이 방법은 회절 X- 선의 각도와 강도를 분석하여 샘플에 포함 된 물질과 그 비율을 검사하는 것입니다[참조로 돌아 가기]

NA-GIC (NAC_x)

NA는 다른 알칼리 금속 요소와 다르며 고 단계 (x= 48 ~ 64) 구조의 gics에 의해서만 생성되는 것으로 알려져 있습니다 NAC_x일시적으로 발생하며, 혼합 중에 NA와 다른 알칼리성 (지구) 금속이 교체되면 결국 사라집니다[참조로 돌아 가기]

반응 중간체

촉매 반응에서 촉매와 반응물 사이에 일시적으로 형성되는 물질, 반응은이 반응 중간체를 통해 빠르게 진행된다[참조로 돌아 가기]