사진 왼쪽부터 권태혁 교수, 김병만 연구원, 이명희 연구원, 송현곤 교수.(사진 = UNIST 제공)
국내 대학의 한 연구진이 실내조명으로 무선충전이 가능한 이차전지를 개발해 도심 조명을 에너지로 재활용할 수 있는 날이 멀지 않아 보인다.
유니스트(UNIST, 울산과학기술원) 송현곤-권태혁 교수팀은 어두운 조명에도 반응해 전기를 생산하고 저장까지 가능한 '염료감응 광(光)충전 전지'를 개발했다고 21일 밝혔다.
이는 빛을 이용해 전기를 생산하는 '염료감응 태양전지'와 '리튬 이차전지'를 결합한 것이다.
연구팀은 새로운 전지로 사물인터넷 (Internet of Thing, IoT) 기기를 작동하는 데도 성공해 상용화 가능성까지 입증했다.
권태혁 교수는 "실내조명은 전체 에너지 소비의 10%에 이를 정도인데 에너지 재활용 효과는 막대할 것"이라고 말했다.
이어 "태양광 뿐만 아니라 다양한 광원을 활용할 수 있는 광전지 연구의 방향성을 제시하는 연구"라고 덧붙였다.
광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 생산한다.
다양한 광전지 중 염료감응 태양전지는 아주 작은 빛에도 반응하므로 낮은 밝기의 실내조명에서도 전기 생산이 가능하다.
EES 저널 표지. 실내조명으로 충전된 전지를 이용해 iot 센서를 작동시키고 온도를 감지하는 모습.(사진 = UNIST 제공)
하지만 밝기 변화에 민감해 안정적으로 전력을 공급하기는 어렵다는 단점이 있었다.
연구팀은 이차전지를 사용해 더 많은 전기 에너지를 저장하는 방법을 발견했다.
또 저조도 환경에서 효과적으로 작동하는 '산화환원 중계물질'을 찾아내 광전변환효율을 높였다.
염료감응 태양전지는 염료가 식물 엽록소처럼 태양광을 받아 에너지를 생산한다.
염료가 빛을 받으면 전자를 잃어버리는 산화 반응이 일어나고 이 전자가 이동하면서 전기가 만들어지는 거다.
송현곤 교수는 "새로 개발한 염료감응 광충전 전지는 실내조명 아래서 11.5%라는 높은 에너지변환·저장효율을 달성했는데 이는 저조도 환경에서 세계 최고"라고 말했다.
이어 "광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 실내조명(LED)으로 10분 충전한 후 상용 IoT 센서를 작동하는데도 성공해 상용화 가능성이 높다"고 했다.
이번 연구는 에너지 분야의 권위 학술지인 '에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science, EES)' 표지 논문(back cover)으로 선정돼 지난 20일 출판됐다.