국내 연구진이 체온 수준의 열에너지만으로도 이차전지를 충전할 수 있는 시스템을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱, 서동화 교수팀은 싱가포르 난양공대 이석우 교수팀과 함께 'TREC(열전 이차전지) 시스템'의 에너지 변환 효율을 높이는 핵심 인자를 밝혀 적은 온도 차이로 발생하는 열에너지만으로 이차전지를 충전할 수 있는 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.
TREC 시스템은 이차전지와 동일한 구조의 에너지 변환 시스템으로 현재도 널리 사용되고 있다. 온도에 따라 변하는 전압의 크기를 활용해 서로 다른 온도계수를 가진 전극 소재로 이차전지를 구성한다. 외부 온도 변화로 발생한 열에너지를 이차전지 내부에서 전기화학 에너지로 변환시킬 수 있어 TREC를 활용하면 체온이나 낮과 밤의 온도 차만으로도 소량의 에너지를 충전할 수 있는 셈이다.
연구팀은 TREC 기술을 극대화할 수 있는 기술을 연구했다. 이들은 양극 소재 내부의 물질 구조가 어떤 영향을 미치는지 분석하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 동일한 성분의 전해질을 가진 TREC시스템 가운데 가장 효율이 높은 시스템을 디자인했다.
그 결과, 소재가 갖는 물 분자 수가 적을수록 양극 소재 구조의 대칭성이 증가해 물 분자 근처의 전이 금속과 리간드의 결합이 강화되는 것을 확인했다. 결합력이 강해질수록 리간드가 전이 금속이온으로부터 멀어지는 방향으로 진동하는 에너지가 강해지는데, 이 진동으로 엔트로피 변화가 더 크게 일어난다. 이같은 엔트로피 변화는 온도계수의 크기와 밀접한 관계가 있어 결과적으로 TREC 시스템의 효율성을 높일 수 있었다.
이현욱 에너지화학공학과 교수는 "사물인터넷(IOT) 발전으로 웨어러블 이차전지 개발이 이슈가 되고 있는데, 웨어러블 전지의 경우 일반 도선으로 충전하는데 한계가 있다"며 "인체 부착형 전지의 개발을 위해 TREC 시스템같은 새로운 충전 방법이 발견되고, 새로운 응용처에 맞는 적합한 차세대 전지 개발 및 연구가 더욱 진행될 필요가 있다"고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'(Advanced Materials)에 지난 3일 온라인 게재됐다.
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