왼쪽부터 한지수 박사, 김주연 교수.[UST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 유리의 투과도를 변화시켜 건물의 에너지를 절감하면서 에너지 충방전 기능도 갖춘 신개념 스마트 윈도우 제조 기술을 개발했다.

과학기술연합대학원대학교(UST)는 한지수 박사, 김주연 교수(UST-ETRI 스쿨) 연구팀이 전도성 고분자를 이용한 전기변색 물질과 배터리의 일종인 슈퍼커패시터(고효율 에너지 저장장치)의 특징을 동시에 갖는 다기능성 소자를 개발했다고 18일 밝혔다. 향후 건축 자재, 각종 디스플레이, 차량 유리, 항공기 자재 등 다양한 분야에서의 응용소재 개발에 도움이 될 것으로 보인다.

이번 연구성과는 ‘국제 에너지 연구저널’ 6월호 표지 논문으로 게재됐다.

연구진은 전하 저장 기능을 하는 데 적합한 전도성 고분자인 PEDOT:PSS에 그물망 역할을 할 유기물 GOPS를 첨가해 전기 화학반응의 안정성을 높였다.

이렇게 개질된 PEDOT:PSS-GOPS에 일반적으로 전극에 사용되는 인듐주석화합물(ITO) 대신 높은 물리적 유연성과 내구성을 지닌 동시에 슈퍼커패시터로도 적용 가능한 그래핀 전극을 도입했다.

이 과정에서 해당 소자가 낮은 전압에서도 안정적으로 전기변색 특성을 나타내는 것을 확인한 동시에, 같은 전류 밀도에서 ITO 대비 충방전 저장 용량이 약 5배 이상 큰 것을 확인했다.

이 소자에 리튬 이온이 들어있는 전해질을 주입한 후 전압을 가하면 리튬 이온이 PEDOT:PSS-GOPS로 주입되며 색이 변하고 충전이 되거나, 반대로 투명하게 되고 방전이 되는 방식이다.

전기변색-슈퍼 커패시터 이중기능 디바이스 구동 모식도.[UST 제공]

한지수 박사는 “기존과는 달리 그래핀 전극이 적용된 에너지 충방전 특성을 갖는 전기변색 기반의 스마트 윈도우라는 데 의의가 있으며, 향후 디스플레이, 센서 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

김주연 교수는 “그래핀 전극 기반의 전기변색 슈퍼커패시터 기술이 접목된 스마트 윈도우로의 적용을 통해, 앞으로 2050 탄소중립 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.

한편 UST는 과학기술정보통신부 직할 교육기관으로 32개 국가연구소에 교육 기능을 부여해 과학기술 분야 인재를 양성하고 있다. 빅데이터, 인공지능(AI), 바이오, 항공우주, 신에너지 등 국가전략 분야의 46개 전공을 운영 중이며, 국가연구소의 박사급 연구원 1만3000여 명 중 우수 연구자 약 1200여 명이 UST 교수로 활동하고 있다.