도심 속 조명 빛을 ‘재활용’해 충전하는 신개념 배터리 개발
도심 속 조명 빛을 ‘재활용’해 충전하는 신개념 배터리 개발
  • 김동수 기자
  • 승인 2020.05.24 07:35
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실내조명으로 충전된 전지를 이용해 IoT 센서를 작동시키고 온도를 감지하는 모습. (UNIST 제공)/그린포스트코리아
실내조명으로 충전된 전지를 이용해 IoT 센서를 작동시키고 온도를 감지하는 모습. (UNIST 제공)/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 김동수 기자] 도심에서 조명으로 낭비되는 ‘빛’을 전기로 바꿨다가 필요할 때 사용할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 송현곤·권태혁 교수팀은 어두운 조명에도 반응해 전기를 생산하고 저장까지 가능한 ‘염료감응 광(光)충전 전지’를 개발했다.

이번에 개발된 전지는 빛을 이용해 전기를 생산하는 염료감응 태양전지와 리튬 이차전지를 결합한 것이다.

연구팀은 이 전지로 사물인터넷(IoT) 기기를 작동하는 데 성공해 앞으로 상용화도 가능할 것으로 보인다.

태양전지를 비롯한 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 생산한다. 이 중 염료감응 태양전지는 아주 작은 빛에도 반응해 낮은 밝기의 실내조명에서도 전기를 생산할 수 있다.

하지만 염료감응 태양전지는 밝기 변화에 민감해 안정적인 전력공급이 어렵다는 단점을 동시에 지니고 있다. 해당 단점을 보완하기 위해서는 전기저장장치가 필수인데 현재까지 사용된 축전지는 전기저장 용량이 적어 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제점을 축전기 대신 이차전지(배터리)를 사용, 더 많은 전기 에너지를 저장하는 방법을 찾아냈다.

기존 이차전지 양극과 광전지 전극은 에너지 준위(원자와 분자가 갖는 전자의 위치 에너지값) 차이가 있어 둘을 합치기 어려운데 이를 해결한 것이다.

공동 1저자인 이명희 UNIST 에너지공학과 박사과정 연구원은 “광전지와 이차전지를 융합하려면 광전극에서 생성된 전자가 이차전지 양극까지 안정적으로 이동해야 한다”며 “리튬 이차전지의 양극으로 주로 사용되는 ‘리튬 망간산화물’의 표면에 탄소를 주입해 음극으로 사용함으로써 두 시스템의 에너지 준위를 맞출 수 있었다”고 설명했다. 

또한 연구팀은 저조도 환경에서 효과적으로 작동하는 산화환원 중계물질을 찾아내 광전변환효율도 높였다.

송현곤 교수는 “새로 개발한 염료감응 광충전 전지는 실내조명 아래서 11.5%라는 높은 에너지변환·저장효율을 달성했다”며 “이는 저조도 환경에서 세계 최고”라고 설명했다.

이어 “광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 실내조명(LED)으로 10분 충전한 후 상용 IoT 센서를 작동하는 데도 성공해 상용화 가능성도 크다”고 기대했다.

이번 연구는 ‘에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science, EES)’ 표지 논문으로 선정돼 20일 출판됐다.

실내 조명으로 무선충전되는 배터리를 개발한 (왼쪽부터) 권태혁 교수, 김병만 연구원, 이명희 연구원, 송현곤 교수. (UNIST 제공)/그린포스트코리아
실내 조명으로 충전되는 배터리를 개발한 (왼쪽부터) 권태혁 교수, 김병만 연구원, 이명희 연구원, 송현곤 교수. (UNIST 제공)/그린포스트코리아

 

kds0327@greenpost.kr


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