이번 연구성과가 게재된 국제학술지 '에너지 및 환경과학' 표지. 실내조명으로부터 생산·저장된 에너지로 IoT 기기를 작동함으로써 사용자가 실시간으로 실내 환경 정보(온도, 습도)를 확인하는 모습을 보여준다.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 실내조명으로도 무선충전이 가능한 이차전지를 개발했다. 도심에서 조명으로 낭비되는 빛을 전기로 바꿨다가 필요할 때 쓰는 에너지 재활용이 가능해질 전망이다.

울산과학기술원(UNIST) 송현곤‧권태혁 교수팀은 어두운 조명에도 반응해 전기를 생산하고, 저장까지 가능한 ‘염료감응 광(光)충전 전지’를 개발했다고 21일 밝혔다. 빛을 이용해 전기를 생산하는 ‘염료감응 태양전지’와 ‘리튬 이차전지’를 결합한 것이다. 연구팀은 새로운 전지로 사물인터넷(IoT) 기기를 작동하는 데도 성공해 상용화 가능성까지 입증했다.

태양전지를 비롯한 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 생산한다. 다양한 광전지 중 염료감응 태양전지는 아주 작은 빛에도 반응하므로 낮은 밝기(저조도)의 실내조명에서도 전기 생산이 가능하다. 하지만 밝기 변화에 민감해 안정적으로 전력을 공급하기는 어려웠다. 이를 보완하기 위해 전기저장장치가 꼭 필요한데 지금까지는 축전기를 사용해 왔지만 전기저장 용량이 적어 상용화에 어려움을 겪어왔다.

연구팀은 축전기 대신 이차전지(배터리)’를 사용해 더 많은 전기 에너지를 저장하는 방법을 찾아냈다. 기존의 이차전지 양극과 광전지 전극은 에너지 준위 차이가 있어서 둘을 합치기 어려운데, 이를 해결한 것이다.

또 연구팀은 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 것이다. 산화환원 중계물질은 염료가 잃어버린 전자를 보충하는 역할을 하는데, 저조도 환경에서 적합한 특성은 따로 있었다.

송현곤 교수는 “새로 개발한 염료감응 광충전 전지는 실내조명 아래서 11.5%라는 높은 에너지변환·저장효율을 달성했으며, 이는 저조도 환경에서 세계 최고”라며 “광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 실내조명(LED)으로 10분 충전한 후 상용 IoT 센서를 작동하는 데도 성공해 상용화 가능성도 높다”고 말했다.

이번 연구성과는 에너지분야 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학’ 표지논문으로 선정돼 5월 20일 출판됐다.

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