스피넬 구조의 뜻
AB₂O₄ 조성으로, 산소의 입방 최밀 충진에서 사면체 자리와 팔면체 자리에 양이온이 들어가는 구조. 양극인 LiMn₂O₄는 3차원적인 Li⁺ 이동 경로를 가진다.
일본어 명칭: スピネル型構造
‘스피넬 구조’ 관련 연습 문제는 2개 분야에 3문제가 있습니다(전지·에너지 재료, 자성 재료 등).
이 용어의 분야: 전지·에너지 재료
스피넬 구조 연습 문제에 도전
마그네타이트 Fe₃O₄는 역스피넬형으로, A 자리(사면체 자리)에 Fe³⁺가 1개, B 자리(팔면체 자리)에 Fe³⁺와 Fe²⁺가 1개씩 들어가며, A 자리와 B 자리의 모멘트는 반평행으로 배열된다. Fe³⁺를 5 µB, Fe²⁺를 4 µB로 하고 스핀만 기여한다고 하면, 화학식 Fe₃O₄당 자기 모멘트는 얼마인가?
- A0 µB
- B4 µB
- C14 µB
정답과 해설 보기
정답: B. 4 µB
B 자리의 모멘트는 5 + 4 = 9 µB, A 자리는 5 µB이며, 둘이 반평행으로 배열되므로 차감하여 9 − 5 = 4 µB가 남습니다. A 자리와 B 자리의 Fe³⁺끼리 정확히 상쇄되고 Fe²⁺의 몫만 남는다고 생각할 수도 있습니다. 실측한 포화 자화로부터 구한 값도 약 4.1 µB로, 이 추정과 잘 맞습니다. 14 µB는 모든 모멘트가 평행으로 정렬된다고 생각한 값(강자성으로 간주한 오류)이고, 0 µB는 전체가 상쇄된다고 생각한 값(반강자성으로 간주한 오류)입니다. Fe²⁺를 다른 2가 이온(Ni²⁺나 Mn²⁺ 등)으로 바꾸면, 그 이온의 모멘트에 따라 포화 자화가 달라집니다.
해설 속의 ‘스피넬 구조’
LiMn₂O₄는 스피넬 구조로, Mn과 O의 골격 속에 3차원으로 연결된 Li⁺의 통로가 있으며 작동 전압은 약 4 V입니다.
리튬 이온 전지의 양극 재료와 결정 구조의 조합으로 옳은 것은 무엇인가?3차원 통로를 가지며 Mn의 용출이 과제가 되는 것은 스피넬 구조인 LiMn₂O₄입니다.
올리빈 구조인 LiFePO₄ 양극의 특징으로 옳은 것은 무엇인가?
‘스피넬 구조’ 관련 문제(3문제)
관련 용어
층상 암염 구조 올리빈 구조 포화 자화 고분자 전해질 연료 전지 고체 전해질 쇼클리-콰이서 한계 열전 성능 지수 이론 용량