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울산과학기술원(UNIST) 송현곤·권태혁 교수 연구진은 “어두운 조명에도 반응해 전기를 생산하고, 저장까지 가능한 ‘염료감응 광(光)충전 전지’를 개발했다”고 밝힘. 빛을 이용해 전기를 생산하는 ‘염료감응 태양전지’와 ‘리튬 이차전지’를 결합한 것임.

태양전지를 비롯한 광전지는 빛에 반응하는 물질을 이용해 전기를 생산함. 다양한 광전지 중 염료감응 태양전지는 염료가 식물의 엽록소처럼 태양광을 받아 에너지를 생산함. 아주 작은 빛에도 반응하므로 낮은 밝기(저조도)의 실내조명에서도 전기 생산이 가능함.

하지만 염료감음 태양전지는 밝기 변화에 민감해 안정적으로 전력을 공급하기는 어려웠음. 이를 보완하기 위해 전기저장장치가 꼭 필요한데 지금까지는 축전기가 쓰였음. 그러나 축전기는 전기저장 용량이 적어 상용화하기는 어려웠음.

연구진은 축전기 대신 이차전지를 사용해 더 많은 전기 에너지를 저장하는 방법을 찾아냈음. 또 연구진은 저조도 환경에서 효과적으로 작동하는 ‘산화환원 중계물질’을 찾아내 광전변환효율을 높였음. 염료감응 태양전지에서 염료가 빛을 받으면 전자를 잃어버리는 산화 반응이 일어나고, 이 전자가 이동하면서 전기가 만들어짐. 산화환원 중계물질은 염료가 잃어버린 전자를 보충하는 역할을 함.

송현곤 교수는 “새로 개발한 염료감응 광충전 전지는 실내조명 아래서 11.5%라는 높은 에너지변환·저장효율을 달성했다”라며 “광충전 전지 6개를 직렬로 연결해 실내조명(LED)으로 10분 충전하고 상용 사물인터넷(IoT) 센서를 작동하는 데 성공했다”라고 말함.

본 연구 성과는 ‘Energy & Environmental Science’ 지에 게재됨.