몬모릴로나이트(MMT)는 층상 규산염 광물입니다. 알루미늄-산소 팔면체 구조에서 원자가가 높은 알루미늄 원자는 원자가가 낮은 원자로 쉽게 치환되어 층 사이에 음전하를 띠게 됩니다. 층간 구조의 안정성을 유지하기 위해 몬모릴로나이트는 주변에서 Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, K+와 같은 양이온을 흡착합니다. 이러한 특성은 몬모릴로나이트에 강력한 흡착 및 양이온 교환 능력을 부여합니다. 이러한 독특한 구조와 교환 능력은 몬모릴로나이트가 신에너지 기술 분야에서 응용될 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.
리튬 배터리 소재
(1) 고체 전해질
수많은 연구에 따르면, 몬모릴로나이트(MMT)는 새로운 무기 필러로서 고체 고분자 전해질(SPE)의 이온 전도도와 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.
(2) 인공 SEI층 구축
인공 고체 전해질 계면(SEI) 필름에서 층상 몬모릴로나이트-리튬(Li-MMT)은 SEI층에 우수한 기계적 특성을 부여하고 Li+ 수송 채널을 제공하여 리튬 덴드라이트 성장을 억제하는 데 도움을 줍니다. Li-MMT의 빠른 Li+ 채널 덕분에 Li-MMT SEI층으로 조립된 Li-LiFePO4 전지는 우수한 속도 성능을 나타내며, 1C 속도에서 400회 충방전 후에도 90.6%의 높은 용량 유지율을 유지합니다.
(3) 분리막 최적화
MMT는 뛰어난 흡착 특성으로 인해 분리막 최적화에 사용됩니다. 상용 PE 분리막과 비교하여 Li-MMT로 개질된 분리막은 전극/전해질 계면에서 Li+ 농도가 더 높아 선택적 리튬 증착을 줄이고, 국부적인 전류 밀도를 약화시키며, 덴드라이트 성장을 억제합니다.
(4) 액체 전해질 최적화
리튬 금속 배터리 시스템에서 몬모릴로나이트는 PEO 전해질에 비해 금속 리튬과 더 강한 친화력을 나타내며, 제타 전위는 +26 mV로 몬모릴로나이트 표면 근처에서 리튬 이온의 농축을 촉진합니다. 리튬 이온의 흡착 및 분리에 따라 과전압은 -57.7 mV로 약간 증가하여 리튬 이온이 몬모릴로나이트에서 이동하여 구리 집전체 표면에 증착되도록 합니다.
(5) 캐리어 재료
슈퍼커패시터
템플릿 재료
아타풀자이트, 몬모릴로나이트, 할로이사이트, 규조토와 같은 일부 천연 광물은 특정 형태를 가지며, 이는 특정 형태의 다공성 탄소 재료를 합성하는 템플릿으로 일반적으로 사용됩니다. 또한, 미네랄 템플릿 방법을 사용하여 특정 형태의 전도성 고분자를 합성할 수 있습니다. (2) 전극 캐리어 재료
특정 형태의 활물질을 얻고, 동시에 비정전용량을 향상시키며, 사이클 안정성을 개선하기 위해, 몬모릴로나이트 및 할로이사이트와 같은 광물 표면에 활물질을 담지할 수 있습니다.
메탄 저장 재료
현재 연구자들은 기존의 압축 천연가스 및 액화 천연가스 기술의 대안으로 경제적이고 편리하며 안전한 흡착 기반 천연가스 저장 기술을 연구하고 있습니다. 연구에 따르면 점토 광물은 셰일가스 저장소의 형성 및 개발에 긍정적인 역할을 하며 가스 저장 능력을 가지고 있는 것으로 나타났습니다.
전기촉매 재료
전기촉매는 전극/전해질 계면에서 전하 이동 반응을 가속화하는 촉매의 한 유형으로, 전기화학적 수소 발생, 산소 발생, NOx 환원과 같은 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 몬모릴로나이트와 같은 점토 광물은 입자 응집 방지, 증감제 분자 안정성 향상, 반응 선택성 향상을 위해 광전기촉매 전극 반응 성분의 담체로 널리 사용되어 왔습니다.
상변화 열에너지 저장 재료
상변화 열에너지 저장 재료(PCM)는 상변화 과정에서 열 흡수 또는 방출을 이용하여 열에너지를 저장하고 방출하는 새로운 유형의 기능성 소재입니다. 천연 광물은 상변화 열에너지 저장 분야에서 중요한 역할을 합니다. 한편, 천연 광물 자체는 우수한 무기 상변화 재료이며, 적절한 핵제와 증점제를 첨가하면 고성능 상변화 열에너지 저장 재료로 가공될 수 있습니다. 또한, 광물의 다공성 구조는 상변화 열에너지 저장 재료의 우수한 담체 역할을 할 수 있습니다.