LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)과 HOMO에 대한 간단한 이해

"LUMO? HOMO?"

 

 

 

출처 : https://blog.naver.com/clafte/120063619114

 

 

※LUMO : Lowest Unoccupied Molecular Orbital

※HOMO : Highest Occupied Molecular Orbital

 

LUMO와 HOMO에 들어가기에 앞서 '오비탈'에 대해 간단하게 정리해보겠습니다.

 

오비탈을 이해하기 위해선 현대양자역학에 대한 이해가 전제되어야 하는데요, 한줄로 요약해보자면

 

"전자는 '확률적'으로 존재한다"

 

라는 것 입니다.

 

 

슈뢰딩거 방정식, 출처 : http://blog.daum.net/shiki/15119524

 

슈뢰딩거 방정식의 3차 파동함수를 통해 전자가 특정 위치에 존재할 확률을 얻어 낼 수있는데요

 

어려운 부분은 제외하고

 

"전자는 '확률적'으로 존재한다." 만 기억해두시면 됩니다!

 

전자가 확률적으로 존재할 확률이 80% 이상인 공간을 바로 '오비탈'이라 합니다.

 

 

 

 

이제 LUMO 와 HOMO를 정리해보겠습니다.

 

LUMO는 (Lowest Unoccupied Molecular Orbital)이고 HOMO는 (Highest Occupied Molecular Orbital)의 약자입니다.

 

LUMO부터 보면 한국어로는 뭐라하냐.. 최저 비영역 분자 오비탈..?

 

​전자가 채워져있지 않은 오비탈 중 가장 낮은 에너지를 갖는 오비탈로써 반 결합성 오비탈. 이라고 사전에 정의되어 있네요

 

아..어렵습니다..쉽게 정리해보시죠

 

 

원자껍질, 출처 : ZUM학습백과

 

 

원자핵을 중심으로 원자껍질이 하나씩 채워지게 되는데

 

여기서 가장 바깥쪽의 전자가 채워져 있지않은 껍질의 오비탈 중 가장 낮은 에너지 준위를 갖는 공간입니다.

 

그럼 HOMO는

 

이 LUMO를 가지는 오비탈 한층 밑에 있는 껍질의 오비탈들 중 가장 에너지 준위가 높은것입니다.

 

즉, LUMO는 HOMO보다 한 층 위에있고 에너지 준위가 높습니다. (LUMO > HOMO)

 

그리고 이 LUMO와 HOMO 사이를 GAP Energy라고 합니다.

 

 

 

LUMO와 HOMO는 배터리의 어떤부분에서 작용을 하기에 제가 정리를 했을까요??

 

이전 글에서 정리한 SEI의 생성 과정과 관계가 있습니다.

※참고 : SEI 생성과정 : https://limitsinx.tistory.com/13

 

 

 

자세한 과정은 상기 SEI 생성과정 링크에서 정리해 두었습니다.

 

SEI는 전해질의 첨가제와 리튬이온이 화학적 부반응을 일으켜, 얇은 분리막 역할을 하는 고체의 막을 형성하는것을 의미하는데요

 

이 화학적 부반응을 일으키는 과정이 LUMO와 HOMO 때문에 발생하게 됩니다.

 

 

 

평상시에는 Electrolyte window의 범위안에 cathode의 HOMO와 anode의 LUMO를 모두 포함하고 있습니다.

 

즉, Electrolyte window(전해액 범위)가 1~5라 치면, HOMO는 1.xxx LUMO는 4.xxxx 정도라는거죠

 

근데 전해액에 첨가제를 넣어주게되면, HOMO는 아래로 LUMO는 위로 올라가서 

 

HOMO는 0.xxx, LUMO는 5.xxx가 됩니다. 그렇게되면 Electrolyte window와 LUMO,HOMO간에 Gap이 생기게되죠

 

이 Gap의 에너지로 인해 화학적 부반응이 발생하여 SEI가 생성된다는것이 최근 가장 지지받고있는 SEI의 형성과정입니다.

 

 

 

 

 

자세한 내용은 SEI생성과정 참조링크를 확인해주시기 바랍니다!

 

정리하자면, LUMO와 HOMO는 SEI의 생성과정을 이해하는데 꼭 필요한 개념이기에 상기와 같이 정리를 해보았습니다.