UNIST 송현곤·권태혁 연구팀 개발
울산과학기술원(UNIST) 송현곤(왼쪽) 에너지및화학공학부 교수와 권태혁(오른쪽) 자연과학부 교수 공동연구팀은 실내의 어두운 조명으로도 전기를 만들어 저장할 수 있는 ‘염료감응형 광(光)충전 전지’ 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 빛을 이용해 전기를 생산하는 염료감응 태양전지와 리튬이차전지를 결합시킨 것이다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’(EES) 20일자 표지논문으로 실렸다.
태양전지 같은 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 만든다. 특히 염료감응 광전지는 작은 빛에도 반응하기 때문에 저조도의 실내조명만으로 전기 생산을 할 수 있다. 하지만 안정적인 전력 공급은 어려워 이차전지를 사용해 전기에너지를 저장하려는 시도가 있었다. 그러나 광전지와 이차전지 간 에너지값의 차이인 ‘에너지 준위’ 때문에 둘을 결합시키기가 쉽지 않았다.
이에 연구팀은 리튬망간산화물 표면에 탄소를 주입한 음극을 사용해 광전지와 이차전지 간 에너지 준위를 맞춰 둘을 결합시키는 데 성공했다. 또 저조도 환경에서도 효과적으로 작동하는 물질을 만들어 매우 적은 빛만으로 전기를 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
이번에 개발된 염료감응 광충전 전지는 실내조명만으로도 11.5%라는 높은 에너지 변환과 저장효율을 보였다. 이는 지금까지 나온 염료감응 광충전 전지 중 어두운 저조도 실내조명 환경에서 최고 효율인 것으로 확인됐다.
실제로 연구팀은 광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 발광다이오드(LED) 실내조명으로 약 10분간 무선충전한 다음 실제 사용되는 사물인터넷(IoT) 센서를 작동하는 데 성공해 상용화 가능성이 높은 것으로 평가받았다. 권태혁 교수는 “실내조명은 전체 에너지 소비의 10%에 달하는 것으로 알려진 만큼 이번 기술이 에너지 재활용에 상당한 도움을 줄 것”이라며 “이번 기술을 활용하면 태양광은 물론 낮은 조도의 실내조명까지 다양한 광원을 이용해 전기를 만들고 저장할 수 있다”고 말했다.
유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr
2020-05-22 25면
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