CNT 연구

소개글

CNT 연구에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. CNT의 구조

2. CNT의 역사

3. CNT의 응용사례
　➀나노램프
　➁평판디스플레이
　➂X-선 발생장치
　➃SPM탐침
　⑤트랜지스터
　⑥기체센서
　⑦나노복합체
　⑧나노필터 및 나노틀
　⑨나노주사기

4. 미래의 CNT기술
　➀수소저장체
　➁이차전지
　➂슈퍼캐퍼시터
　➃연료전지

본문내용

이 계속된다. 문제는 리튬의 이런 운동이 전극의 구조를 퇴화시킨다는 것이다. 리튬-코발트 산화물은 리튬의 이런 운동에 비교적 안정적인 반면, 흑연은 여러 번 이 운동이 반복되면 층상구조가 퇴화된다. 그 결과는 전지의 수명단축으로 나타난다. 핸드폰의 경우 거의 대부분 리튬-이온전지를 사용하는데, 나중에 사용시간이 줄어드는 이유가 여기에 있다. 이 문제는 탄소나노튜브가 어느 정도 해답을 줄 수 있다. 탄소나노튜브는 다발을 만들 때 다발 사이 혹은 튜브 내부의 공간에 리붚이온을 저장시킬 수 있다. 따라서 흑연보다 저장용량이 커질 것이다. 또 그런 경우 튜브 다발의 상호작용이 약한 반데르발스 결합이지만, 길이가 수 마이크론으로 길기 때문에 리튬의 출입에 대해 다발 구조가 안정적일 것으로 추측된다. 즉, 용량 증가와 수명연장 두 가지 모두 기존의 흑연 재료를 능가할 것으로 예상된다. 또 다른 한가지 이점은 탄소나노튜브는 전기전도도가 높기 때문에 줄열에 의한 전기소모를 줄여줄 수 있을 것으로 예상된다는 것이다. 이런 이유로만 따지면 탄소나노튜브를 이차전지 전극에 쓰지 않을 이유가 없다. 그러나 아직은 가격이 비싸서 경쟁력이 없다. 다른 종류의 모든 전지도 같은 이유로 성능을 개선할 수 있다. 한 가지 절충안은 기존의 흑연 재료에 소량의 탄소나노튜브를 섞어 저장용량과 수명을 어느 정도만큼만 개선하는 것이다. 이 접근방법은 현실적으로 타당성이 있다. 가격 증가를 최소화시키되 성능을 최적화하는 것이다.
슈퍼커패시터
에너지 저장체의 또 다른 형태는 커패시터(축전지)이다. 축전기는 두 개의 금속판을 일정거리만큼 떼어 놓고 그 사이에 유전체를 넣어주어 전압을 걸어주면 전극 양단에 전하이온층이 형성되어 전기를 저장한다. 이 경우 전기는 전지처럼 화학작용에 의해 발생하지 않고 단순히 전기 이중층에 의해 만들어진다. 따라서 전극 자체를 손상시키지 않아 수명은 거의 무한대이다. 또한 충방전 시간이 길지 않아 짧은 시간에 많은 양의 전류를 저장할 수 있다. 그러므로 이 장치는 고출력이 필요할 때 긴요한 전기저장체이다. 축전기의 저장용량은 두 판 사이의 거리에 반비례하고 면적에 비례한다. 만약 거리가 고정되어 있다고 생각하면 전극판의 면적을 늘리면 된다. 그러나 겉면적이 커지면 덩치가 커져 쓸모가 없다. 따라서 겉면적이 아니라 유효면적을 늘려야 한다. 이 유효면적은 보통 전극에 작은 구멍을 만들어 증가시킨다. 결국 이 분야의 문제는 유효면적이 큰 다공성 물질이면서 전극저항이 낮은 전극물질을 찾아내는 것이다. 예전에는 활성탄을 썼지만 이를 탄소나노튜브로 대치하면 모든 탄소원자가 표면에 노출되어 있어 유효 표면적이 넓고, 또 구불구불한 나노튜브의 엉킴 형태가 또 다른 종류의 동공을 만들어 유효면적을 배가시킬 수 있다. 전기전도도도 기존의 활성탄보다 높기 때문에 고출력을 내는 데 도움이 된다. 지금까지의 연구결과에 의하면 탄소나노튜브 자체만으로는 아직 기존의 활성탄보다 높은 용량을 만들어내지 못하고 있기 때문이며, 이 문제는 조만간 해결될 것으로 보인다. 특히 탄소나노튜브와 기존 재료와의 복합구조형성이 당분간 이분양의 연구방향이 될 것으로 전망된다.
연료전지
연료전지는 수소가 포함된 연료를 산소와 반응시켜 전기를 얻고 부산물로 물을 배출한다. 따라서 단순히 물만을 배출하는 무공해 전지이지만 아직 효율이 낮고 가격이 비싸 실용화에 큰 걸림돌이 되고 있다. 연료전지의 중요 부품 중의 하나가 전극인데, 이때 중요한 세 가지가 있다. 첫째, 수소기체가 통과할 수 있도록 보통 구멍이 있는 전극재료를 쓴다. 둘째, 전극은 수소기체를 분해하는 촉매를 담지하는 담지체 역할을 한다. 셋째, 생성된 전기의 줄열에 의한 소모를 최소화시키고 외부 동력에 전달하기 위해서는 전극저항을 최소화시켜야 한다. 현재까지 이런 전극재료로 활성탄을 쓰고 있다. 연료전지를 이용한 전기자동차를 만들 경우 연료전기의 가격이 찻값의 10배에 해당하니 아직 현실성이 없다. 그 중에서도 촉매로 쓴 백금값이 절반을 차지하니, 촉매를 보다 효율이 높은 다른 것으로 대체하거나 백금 촉매량을 줄이는 방법이 나와야 이 분야의 실용화가 가능하다. 촉매량을 줄이려면 촉매의 효율을 올려야하는데 나노촉매를 만들면 가능하다. 나노촉매를 만든다음 담지체에 분산시키는 일이다. 또 한가지 탄소나노튜브는 전기전도성이 기존의 활성탄보다 좋아 전지의 효율을 개선할 수 있다. 그리고 탄소나노튜브의 가격이 백금가격보다는 훨씬 낮으므로 담지체로 써도 가격이 크게 비싸지지 않는다.

키워드

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