나노기술 및 정책 정보

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● 서동화 교수(한국과학기술원) 및 이석우 교수(난양공대) 공동 연구팀은 새로운 전기화학적 에너지 수확 방법을 적용하여 기존보다 고성능인 에너지 하베스팅 기술을 개발했으며, 이를 통해 기존 기술 대비 10배 높은 출력과 100초 이상 지속되는 전류 생성에 성공

● 연구팀은 물과 이온성 액체 전해질에 전극을 각각 담가 이온의 이동으로 발생하는 전위차(전기적 위치에너지)를 이용해 전력을 수확하는 새로운 방식을 도입했으며, 이온이 전해질과 전극 계면에서 산화·환원 반응을 통해 에너지를 어떻게 발생시키는지 더 깊이 이해하기 위해 제1원리 기반 분자동역학 시뮬레이션*을 수행

* 제1원리 기반 분자동역학 시뮬레이션 : 양자역학 법칙을 사용해 전자들의 거동을 계산하는 것을 말하며 원자들 사이의 상호작용을 계산으로 구한 뒤, 이를 통해 시간에 따른 원자들의 움직임을 예측하는 시뮬레이션

● 연구팀은 이온이 각 전해질에서 주변 용매와 상호작용하는 방식과 전해질 환경에 따른 전극 내부에서의 주변 상호작용 에너지가 다르게 나타났음을 확인했으며, 이를 통해 전해질 간 전위 차이를 설명하는 중요한 원리를 제시

● 또한, 연구팀은 이 시스템을 여러 개 직렬로 연결하여 계산기를 작동시킬 수 있을 정도인 935mV의 전압을 달성했으며, 이는 저전압 기기나 웨어러블 디바이스와 같은 장치에 적용 가능한 높은 출력의 전압으로 확인했을 뿐만 아니라, 물리적 마모 없이 장시간 안정적으로 작동할 수 있어, 이 기술은 사물인터넷(IoT) 기기나 자가 충전형 전자기기에도 실용적으로 적용될 가능성을 밝힘

● 본 연구는 일상적인 움직임, 즉 저주파 운동에서 효율적 에너지를 수확에 대한 가능성과 시뮬레이션과 실험의 협업을 통해 에너지 수확 원리를 깊이 이해함으로써 설계 가이드라인을 도출할 수 있었고 상용화 가능성을 크게 높일 것으로 기대  

Nature Communications (2024.10.19.), Electrochemical kinetic energy harvesting mediated by ion solvation switching in two-immiscible liquid electrolyte

※ 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 나노소재기술개발사업 지원