금속산화물

금속산화물(Metal Oxide)은 산소와 결합한 금속 화합물의 총칭이다. 산화알루미늄, 산화철, 산화코발트, 산화구리 등이 있다. 금속산화물은 물과 반응하면 염기를 만드며 산과 반응하면 염을 만든다.

금속산화물이란 말 그대로 금속에 산소가 붙은 것이다. 흔히 '녹이 슨다'는 말은 철이 산화될 때 쓰인다. 금속에 산소가 붙으면 녹이 슬어 오래 사용하기 어려워지는 부정적인 측면도 있지만 금속 자체와는 다른 특이한 성질을 나타내기 때문에 신소재로 활용될 수 있는 긍정적 측면도 있다.

금속산화물 연구가 처음 빛을 발한 분야는 차세대 메모리 F램이다. F램은 산화물의 일종인 강유전체를 메모리소자로 사용한다. 강유전체란 전류를 흘리면 내부가 양극, 음극으로 갈라진 뒤 전류를 흘리지 않아도 이 상태를 유지하는 물질을 말한다. 마치 건전지가 양극과 음극으로 분리된 상태를 유지하고 있는 것과 비슷하다.

리튬이온 배터리의 경우 음극재는 보통 흑연(탄소)을 쓰므로 걱정이 없지만 문제는 양극재다. 보통 리튬금속산화물(LiMO₂로 나타내는데 M이 금속(metal)이다)을 쓰는데, 리튬코발트산화물(LiCoO₂)이 가장 우수한 양극재로 오늘날 모바일 전자기기에 쓰이는 배터리 대부분에 쓰인다. 전기차용 배터리에는 성능은 약간 떨어져도 가격 경쟁력이 높은 혼합 금속산화물을 양극재로 쓴다. 즉 코발트에 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 망가니즈(Mn)을 적당한 비율로 조합한 형태다. 테슬라의 경우 리튬니켈코발트알루미늄산화물(LiNi0.8Co0.15Al0.05)이 양극재인 리튬이온 배터리를 썼다. 한편 다른 업체들은 리튬니켈망간코발트산화물을 양극재로 쓰는데 배합비율에 다른 두 가지가 쓰이고 있다. 니켈, 망간, 코발트의 비율이 1:1:1인 유형은 무게비로 코발트가 리튬의 2.8배이고 비율이 6:2:2인 유형은 1.7배다. 전기차 배터리조차도 양극재에 리튬보다 코발트가 더 많이 들어간다는 말이다.

참고자료

• 〈전지와 자석의 성질을 동시에! 금속산화물〉, 《KISTI의 과학향기 칼럼》, 2008-01-07
• 강석기 과학칼럼니스트, 〈[강석기의 과학카페 배터리 핵심소재 리튬 vs 코발트, 누가 더 귀한 몸?]〉, 《동아사이언스》, 2018-03-20

같이 보기

• 산화물
• 리튬코발트산화물

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