연구자들이 LK-99를 1차원 구조로 해석하고 이걸 자체로 논문을 만들어서 검증하는 방식에서 이걸 3차원으로 확대하면 어떻게 될 지 생각을 해봤음.
일단 LK-99의 구조식부터 하나의 단위 세포가 아닌 여러 개의 단위세포가모여있는 걸 하나의 구조식으로 정리하다보니 x라는 변수가 들어갈 수 밖에 없음.
이제 이 변수를 기준으로 내 의견을 펼쳐봄.
Pb(10-x)Cu(x)(PO4)6O가 이 LK-99의 구조식이고, 이걸 이제 수많은 단위세포로 구성된 화합물의 관점으로 보려고 함.
일단 이 구조식에서 구조를 대충 상상하면 퀀텀 측 주장으로는 인회석 구조의 2번 위치의 1/4 정도가 Cu가 이온화 된 상태서 존재한다고 했음.
근데 이 이온들의 x 값을 점차 늘리기 시작하면 되게 희한한 현상이 발생함.
Cu 이온의 기준에서 x의 값이 늘어날 수록 Cu(PO4)와의 접촉이 늘어나게 되고, 일부 구조에선 CuPb2(PO4)4의 형태가 생성되기 시작함.
근데 화학공학 전공자들은 이 구조에서 뭔가 익숙한 스멜이 느껴질거임.
스피넬 구조라고, 현재 2차 전지 산업에서 핵심적으로 연구되는 구조인데 이 구조의 특징이 이온 전도도가 꽤 좋아서 전자의 출력이 꽤 크다는 점임.
근데 이 스피넬 구조 때문에 각광 받는 소재가 LTO라고 리튬 티타늄 산화물이 대표적인데 아쉬운 단점이 반응 전위가 높아서 에너지 밀도가 의외로 좀 낮은 편임. (일단 여기서 퀀텀 측 발표와 기존 이론 논문과 비교했을 때 아차 싶은 걸 캐치해야됨.)
그리고 논란의 불순물 Cu2S, 이것도 음극재로써 굉장히 각광받는 물질임.
그렇다면 음극재를 이야기 했으니 양극재도 이야기를 해야하는데, 여기서 LiFePO4를 언급하려고 함. 이게 나름 친환경 양극재로 각광받는 물질인데 여기서 LiFe를 Pb2로 바꿔보자.
그럼에도 이 물질 자체는 양극재로 사용이 가능하다. 왜냐면 납은 2차 전지의 기본 골자고, 이 납을 대체하기 위해 다양한 양극재들이 개발이 되었거든.
그러면 이러한 배경에서 해당 구조들이 연결되기 시작하면 스피넬 구조를 가진 CuPb2(PO4)4와 Pb2PO4 사이에서 고출력의 전기가 방출이 될 것인데, 여기에 Cu2S도 양극재로써 고출력의 전기를 방출할 수 있게 됨.
여기서 '그래서 뭐?'라고 생각하는 사람들이 있을 거고, 나도 맨 처음엔 그냥 단순한 구조로 짚고 넘어갈려고 했음.
근데 이 물질들로 고출력의 전자들이 양극재인 Pb2PO4로 쌓여나가기 시작하고 이 전자들이 일정 수준 이상 쌓이면 다시 CuPbPO4로 이동하여 빠르게 Pb2PO4로 이동하기 시작할 것이다. (이건 트랜지스터의 원리와 거의 비슷하다. 그래서 반도체의 성질을 지녔단 결론과도 부합한거고.)
그리고 이게 반복되다보면 전자들이 상당한 양들이 쌓이게 될거고, 그 전자들이 점차 쌓이기 시작하면 높아지는 전자의 밀도로 인하여 전자의 유동성이 관찰될 거라는 추론을 했음. (여기서 최동식 교수의 발언이 떠올라야 한다. 전자의 유동성이 커지고 이 전자들이 파울리 배타 원리에 의해 전자쌍들이 채워지기 시작하면 그때부터 저항이 0이 될 수 있다고 하셨던 걸로 기억한다.)
문제는 애초에 내가 말한대로 이 전자의 밀도가 증가하고 특정 전자쌍들이 채워지는 순간 이 전자들이 전자 궤도의 변경 없이 그대로 지나갈 수 있는 양자 통로가 열리게 된다.
즉 핵심은 Cu2S의 분포보다도 양극재와 음극재의 역할을 하는 CuPb2(PO4)4와 Pb2(PO4)의 배치가 더 중요할 수 있다는 거다.