실내조명에 무선 충전되는 배터리 개발…’에너지 재활용’ 기대

UNIST 송현곤·권태혁 교수팀, '염료감응 광충전 전지' 개발…"사물인터넷 상용화 가능"

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 실내조명 수준의 밝기로도 무선 충전할 수 있는 전지를 개발했다. 도심에서 조명으로 낭비되는 빛을 전기로 바꿨다가, 필요할 때 사용하는 ‘에너지 재활용’에 도움이 될 것으로 기대된다.

송현곤 에너지 및 화학공학부 교수와 권태혁 자연과학부 교수팀은 어두운 조명에서도 전기를 생산·저장하는 ‘염료감응 광충전 전지’를 개발했다고 21일 밝혔다.

태양전지를 비롯한 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 생산한다.

다양한 광전지 중 염료감응 태양전지는 아주 작은 빛에도 반응하는 특징으로 낮은 밝기(저조도)의 실내조명에서 전기를 생산할 수 있지만, 밝기 변화에 민감해 안정적으로 전력을 공급하기는 어렵다는 단점이 있다.

이를 보완하고자 전기 저장장치로 축전기가 사용됐는데, 이 역시 전기저장 용량이 적어 그동안 상용화하기는 어려웠다.

연구진은 축전기 대신 이차전지(배터리)를 사용해 더 많은 전기에너지를 저장하는 방법을 찾아냈다.

기존 이차전지 양극과 광전지 전극은 ‘에너지 준위'(원자와 분자가 갖는 전자의 위치 에너지) 차이가 있어서 둘을 합치기 어려웠는데, 양쪽 반응성(리튬 이온을 받는 반응과 주는 반응이 모두 가능한 물질)을 갖는 ‘리튬망간산화물’ 표면에 탄소를 주입해 두 시스템의 에너지 준위를 맞춘 것이다.

연구진은 또 저조도 환경에서 효과적으로 작동하는 ‘산화환원 중계물질’을 찾아내 광전변환 효율을 높이기도 했다.

그 결과 새로 개발한 염료감응 광충전 전지는 실내조명 아래서 11.5%라는 높은 에너지 변환·저장 효율을 달성했는데, 이는 저조도 환경에서 세계 최고 수준이다.

송 교수는 “광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 실내조명으로 10분 충전한 후 상용 사물인터넷(IoT) 센서를 작동하는 것에도 성공했다”라면서 “앞으로 상용화 가능성도 높다”고 밝혔다.

권 교수는 “실내조명은 전체 에너지 소비의 10%에 육박할 정도여서 에너지 재활용 효과가 막대할 것”이라면서 “태양광뿐 아니라, 다양한 광원을 활용할 수 있는 광전지 연구의 방향성을 제시한 연구”라고 연구 의의를 설명했다.

이번 연구는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘에너지 및 환경과학'(EES) 표지 논문으로 선정돼 20일 출판됐다.

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