양극재, 음극재가 무슨뜻인지가 궁금해요 반도체?

Question

양극재, 음극재가 무슨뜻인지가 궁금해요 반도체?

반도체에서 양극재공장 음극재공장같은게 있던데

이게 무슨뜻이고 어떤역할을 하는 공장인가요

Answer 1

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 반도체에서 양극재(P-type semiconductor)와 음극재(N-type semiconductor)는 반도체 소자의 전기적 특성을 결정짓는 두 가지 주요한 재료 유형입니다.

양극재는 주로 규소(Si)와 같은 반도체 기본 재료에 알루미늄, 인듐, 그리고 졸리콘 등의 불순물을 첨가하여 만들어집니다. 이때 첨가한 불순물이 자유 전자를 포획할 수 있는 양성이온(P+)으로 작용하여, 반도체 소자 내부에서 양전하를 발생시킵니다. 즉, 양극재는 전기적으로 결핍된 상태로, 결핍된 전자가 흐르는 양성이온들이 존재하는 반도체 소자입니다.

음극재는 주로 규소(Si)와 같은 반도체 기본 재료에 인(N), 황(S), 인듐( In), 또는 아르센(As) 등의 불순물을 첨가하여 만들어집니다. 이때 첨가한 불순물이 자유 전자를 추가로 제공할 수 있는 음성이온(N-)으로 작용하여, 반도체 소자 내부에서 음전하를 발생시킵니다. 따라서 음극재는 전기적으로 과잉된 상태로, 불순물에 의해 추가적인 자유 전자가 제공되는 반도체 소자입니다.

양극재와 음극재는 서로 합쳐져서 PN 접합(PN Junction)을 형성하게 되는데, PN 접합은 반도체 소자의 기본 구성 요소 중 하나로, 다양한 반도체 소자를 만드는 데 중요한 역할을 합니다. PN 접합은 양극재와 음극재 간에 전기적 결합이 형성되는 지점으로, 반도체 소자에서 전기적으로 활성화된 영역을 생성하고, 전기적 신호를 처리하는 데 중요한 역할을 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 과학전문가입니다.

반도체에서 양극재는 P형 반도체, 음극재는 N형 반도체를 만드는 재료입니다. P형 반도체는 동위원소로 만든 분말을 들어낸 후, 산화되지 않은 금속 원소와 함께 가열하여 만듭니다. 반면, N형 반도체는 주로 인, 알루미늄, 나트륨 등과 같은 비금속 원소에 안료를 분산시킨 후, 가열거리 또는 화학적 반응으로 처리하여 만듭니다.

Answer 3

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

양극재

- 양극재는 배터리의 용량과 출력 등을 결정하는 핵심소재로 소재로 생산원가의 40% 가량에 달해 배터리 산업에서 차지하는 비중이 크다. 음극재와 분리막, 전해질과 함께 배터리의 4대 소재로 불린다.

양극재는 배터리 성능을 결정한다. 에너지 밀도를 끌어올리기 위해서는 양극활물질의 에너지밀도를 최대로 높여야 하는데 배터리로서 적합한 성능을 내는 양극활물질로는 Ni(니켈), Mn(망간), Co(코발트), Al(알루미늄) 등을 꼽을 수 있으며 니켈은 고용량 특성, 망간과 코발트는 안전성, 알루미늄은 출력특성을 향상시키는 역할을 한다.

양극재는 이들 물질을 적당한 비율로 섞어 만드는데, 크게 NCM(nickel cobalt manganese)과 NCA(nickel cobalt aluminum) 두 종류의 양극재가 시장을 주도하고 있다.

전기차용 배터리에는 주로 니켈 함량이 높은 양극재가 쓰인다. 양극재 내에 니켈 함량이 높을수록 배터리 용량증대가 쉽기 때문이다. 하지만 니켈 함량이 높으면 안전성이 떨어지기 때문에 니켈 함량을 높이면서 안정성을 얻는 게 양극재 기술의 핵심으로 꼽힌다.

음극재

- 음극재(anode materials)는 2차전지 충전 때 양극에서 나오는 리튬이온을 음극에서 받아들이는 소재이다. 음극재는 음극활물질, 도전재, 바인더로 이루어졌다. 리튬2차전지는 방전 시 리튬이온을 저장하는 양극재와 충전할 때 리튬이온을 받아들이는 음극재, 둘 사이에서 리튬 이온이 이동할 수 있도록 해주는 전해질, 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록 분리해주는 분리막 등 4대 핵심소재로 구성된다. 2차전지 전체 재료비 중 이들 4대 소재 비중이 80%에 육박한다. 음극재의 재료로는 흑연이나 인조흑연 등의 탄소 물질을 가장 많이 사용한다. 다만 흑연은 에너지 밀도가 370mAh/g가 한계다. 실리콘을 사용할 경우 400mAh/g 이상으로 높일 수 있다. 전기차 1회 충전시 주행거리를 늘리고 충·방전으로 배터리가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상도 억제한다. 전 세계 배터리 기업 가운데 LG화학, 파나소닉 두 곳만 음극재에 실리콘을 사용하고 있다

Answer 4

안녕하세요. 최영규 과학전문가입니다.

양극재 음극재는 반도체소재가 아닌 베터리 소재입니다

베터리는 음극재 양극재 전해질 분리막으로

크게 구분됩니다

도움되셨다면 채택 부탁드려요