실내조명으로 무선 충전 가능한 배터리

↑ 실내조명으로 전기를 생산·저장할 수 있는 `연료감응 광충전 전지`의 개념도. [사진 제공 = 울산과학기술원]

실내 조명만으로도 안정적으로 무선 충전이 가능한 배터리가 개발됐다. 실내에서 버려지는 빛에너지를 전기에너지로 바꿔 주는 방식으로, 별도의 전력 공급이 필요 없어 사물인터넷(IoT) 기기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
울산과학기술원(UNIST)의 송현곤 화학공학과 교수와 권태혁 화학과 교수 등 공동 연구진은 최근 어두운 조명에도 반응해 전기를 생산하고 저장까지 가능한 '연료감응 광충전 전지'를 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 '에너지&인바이론먼털 사이언스(EES)' 20일자 표지논문으로 게재됐다.
태양전지를 비롯한 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 생산한다. 특히 연료감응 태양전지는 아주 작은 빛에도 반응해 낮은 밝기의 실내 조명 환경에서도 전기 생산이 가능하지만, 그동안은 밝기 변화에 민감해 안정적으로 전력을 공급하는 데는 한계가 있었다.
이런 문제를 해결하기 위해 연구진은 광전지와 이차전지를 융합해 연료감응 광충전 이차전지를 개발했다. 광전극에서 생성된 전자가 이차전지의 양극까지 안정적으로 이동할 수 있도록 '리튬망간산화물' 표면에 탄소를 주입해 음극으로 사용했다. 또 빛의 밝기가 낮은 환경에서 효과적으로 작동하는 산화·환원반응 중계 물질을 찾아내 광전 변환 효율을 높였다.
그 결과 연구진의 염료감응 광충전 전지는 실내 조명 아래에서 11.5%의 높은 에너지 변환·저장효율을 보였다. 송 교수는 "저조도 환경에서는 세계 최고 효율"이라고 설명했다. 연구진은 연료감응 광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 발광다이오드(LED) 실내 조명으로 10분간 충전한 뒤 상용 IoT 센서를 작동하는 데도 성공했다. 실제 환경에서 안정적인 충전이 가능한 셈이다.
권 교수는 "실내 조명은 전체 에너지 소비의 10%에 육박하기 때문에 연료감응 광충전 전지의 에너지 재활용 효과는 막대할 것으로 예상된다"며 "태양광뿐만 아니라 다양한 광원을 활용한 광전지 연구에 새로운 방향을 제시했다"고 자평했다.
[송경은 기자]