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새로운 전기 배터리 전극으로 활용가치.

새로 발견된 화산 광물 페트로바이트(Petrovite), 배터리 전극 재료로 활용가치.

거의 거품처럼 보이는 이 녹색 형성물은 캄차카에서 발견된 황산염 광물의 집합체다.
슬래그 화산에서 생성된 페트로바이트(Petrovit/Petrovite)는 결정에 공동을 만드는 희귀한 배열의 구리와 산소 원자를 포함하고 있다. 배터리에서 새로운 유형의 전극 재료의 모델이 될 수 있다. 

▲ 이 녹색 덩어리는 새로 발견된 광물 페트로비트(Petrovit)다. © Staatliche Universität St. Petersburg

우리 지구에는 매우 다양한 광물이 있다.
지금까지 5천200개 이상의 다양한 변종이 공식적으로 설명됐다. 그중 상당수는 매우 드물다. 알려진 미네랄의 대부분은 지구 화학적으로 형성되었지만 박테리아나 인간에 의해 생성된 결정 화합물도 있다. 외계 기원의 광물 변종도 이미 발견되었다.
전문가들은 적어도 1천500개의 다른 광물이 더 발견될 수 있다고 추정한다.

특이한 결합을 가진 다공성 결정

상트 페테르부르크 대학의 스타니스라프 필라토프(Stanislav Filatov) 교수는 러시아의 다른 연구 기관의 동료들과 함께 40년 이상 캄차카에서 스코리아(Scoria; 화산암재) 원뿔 광물과 화산 분기공(fumarole)용암의 흐름을 연구해 왔다.

그들은 1975-1976 및 2012-2013에 톨바치크(Tolbachik) 화산에서 두 번의 주요 폭발 후에 형성됐다. 이 지역은 광물학적 다양성이 독특하다.
최근 몇 년 동안 연구자들은 이곳에서 수십 개의 새로운 광물을 발견했으며, 그중 많은 광물은 세계에서 유일하다.

최근 St Petersburg University의 과학자들에 의해 발견된 petrovite, Na10CaCu2 (SO4) 8은 기체 내포물이 있는 파란색 구형 응집체로 발생한다.
“이러한 조정은 Oleg Siidra 교수의 연구팀인 St Petersburg University의 동료들에 의해 발견된 saranchinaite뿐만 아니라 몇 가지 화합물의 특징이다.”고 프로젝트 관리자인 Stanislav Filatov 교수는 말했다.

콘크리트 원뿔 중 하나에서 Filatov와 그의 팀은 사진에서 볼 수 있듯이 녹색을 띤 청색 물질의 덩어리 진 집합체를 발견했다. 상세한 분석으로 0.2mm의 작고 편평한 결정을 가진 황산염 광물의 침전물임을 알게 됐다. 새로운 이름 Petrovit로 명명된 이 광물은 산소, 나트륨, 황 및 구리는 다공성 구조를 형성한다. Na10CaCu2(SO4)8.

"Petrovit의 결정 구조에 있는 구리 원자는 7개의 산소 원자와 특이하고 매우 드문 결합을 가지고 있다"고 Filatov는 설명한다. "지금까지 이러한 배열을 갖는 화합물은 극히 드물다.“
이 결합은 모서리가 인접한 황산염 사면체에 연결된, 구리 산화물 다면체를 생성한다.

이 클러스터는 차례로 나트륨 원자와 연결된다.

새 배터리용 전극 소재?

흥미로운 점은 이 미네랄의 구조는 상대적으로 작은 나트륨 원자가 결정의 구멍과 세관을 통해 이동할 수 있도록 한다. 따라서 Petrovit은 새로운 유형의 나트륨 이온 배터리의 전극 재료로 적합할 수 있다. 이 배터리의 음극은 나트륨 이온에 대해 가능한 한 투과성이 있어야 하기 때문이다.

"현재 이 광물을 사용할 때 가장 큰 문제는 결정 구조에서 전이 금속 구리의 비율이 낮다는 것이다"고 Filatov는 설명한다. "그러나 그것은 실험실에서 Petrovit과 동일한 구조를 가진 화합물을 합성함으로써 해결할 수 있다.“

이 연구는 러시아 전역의 다양한 연구 기관의 과학자팀이 수행했다.
광물학적 진단 평가는 러시아 과학 아카데미 극동 지부 화산학 및 지진학 연구소의 선임 연구원인 리디야 베르가소바(Lidiya Vergasova)가 수행했다. 그녀는 러시아의 화산 광물학에 대한 훌륭한 전문가다.
그레벤쉬치코프(Grebenshchikov) 규산염 화학 연구소의 동료이자 상트 페테르부르크 대학 졸업생 안드레이 샤블린스키(Andrey Shablinskii)는 새로운 광물 유형의 결정 구조를 연구했다. 그는 러시아 과학 아카데미의 해당 회원인 콜라 과학 센터의 책임자 상트 페테르부르크 대학의 교수 Sergey Krivovichev와 함께 이를 설명했다.
Andrey Shablinskii는 X-ray 위상 분석을 수행했으며 St. Petersburg 대학의 연구팀장 Stanislav Filatov와 함께 광물의 광학 상수를 확인했다.
광물의 화학적 조성은 러시아 과학 아카데미 극동 지점의 화 산학 및 지진학 연구소의 연구원인 Svetlana Moskaleva에 의해 결정됐다.

상트 페테르부르크 대학의 광물학자 및 크리스탈 학자들이 최근에 발견한 대부분이 캄차카 반도와 관련돼 있다.
과학자들이 가장 특이한 장소에서 많은 새로운 광물을 발견하고 있다.
2008-2017년에 발견된 것 중에는 극지방 야쿠티아, 콜라반도(코브도르 광상), 이스라엘 (네게브 사막), 그리스, 탄자니아, 남아프리카, 요르단 등에서 나오는 샘플이 있다.
이러한 발견에 대한 자세한 정보는 IZI.Travel 플랫폼에 있는 상트 페테르부르크 대학교 광물학 박물관의 가상 전시회에서 찾을 수 있다.
(Mineralogical Magazine, 2020; doi : 10.1180 / mgm.2020.53)
출처 : St. Petersburg State University

[더사이언스플러스=문광주 기자] "No Science, No Future"

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