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빛으로 자동충전되는 미래형 스마트폰 나올까?

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빛으로 자동충전되는 미래형 스마트폰 나올까?

2017.04.04 21:10
새롭게 개발된 충전 소자의 성능 그래프. 태양광 아래에서 배터리가 급속 충전되며, 태양광보다 10배 낮은 실내조명에서도 충전이 가능하다(왼쪽). 신용카드 크기의 ‘스마트 카드’에 필름 형태로 설치된 태양광 소자. 초소형 모바일 전원으로 가능하다. - 울산과학기술원 제공
새롭게 개발된 충전 소자의 성능 그래프. 태양광 아래에서 배터리가 급속 충전되며, 태양광보다 10배 낮은 실내조명에서도 충전이 가능하다(왼쪽). 신용카드 크기의 ‘스마트 카드’에 필름 형태로 설치된 태양광 소자. 초소형 모바일 전원으로 가능하다. - 울산과학기술원 제공

햇빛을 전기로 바꿔주는 ‘태양전지’와 충전식 배터리를 하나로 합친 ‘일체형 에너지 소자’를 국내 연구진이 개발했다. 빛이 약한 실내 조명으로도 언제든 전기를 생산해 저장할 수 있는 신기술이다. 빛이 있는 곳이라면 언제든 자동 충전이 가능한 스마트폰 등 휴대용 전자기기를 개발로 이어질 것으로 기대된다.

 

울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 이상영·서관용 교수팀은 에너지 생산과 저장이 동시에 가능한 ‘태양전지·배터리 일체형 모바일 전원’을 개발했다고 4일 밝혔다.

 

지금까지 태양전지는 강한 햇빛이 있어야만 전기를 생산할 수 있었다. 또 이렇게 만든 전기를 저장하려면 별도의 충전시스템을 마련해야 해 부피가 크고 사용도 불편했다. 이 점에 착안한 UNIST 연구진은 태양전지와 충전식 배터리를 하나의 알루미늄 판위에 동시에 연결해 하나의 소자로 만들었다. 알루미늄판이 태양전지의 전극이자 배터리의 집전체로도 쓰이는 구조다.

 

이같은 일체형 소자 연구는 과거에도 있었지만 태양전지의 효율이 낮아 강한 햇빛이 있어야 사용이 가능했다. 연구진은 이번에 새롭게 개발한 소자를 이용해 기존연구에 비해 성능을 크게 높였다. 현재까지 보고된 일체형 에너지 소자 가운데 최고 수준의 광충전 효율(7.61%)을 구현했다.

 

연구진은 반도체의 기본 재료인 실리콘 위에 고체형 배터리를 안정적으로 붙여 이 소자를 만들었다. 고체 형태인 음극, 전해질, 양극을 인쇄하듯 찍어내 배터리를 만든 것이다. 이 결과 신용카드 안에 삽입할 정도로 얇게 만드는데 성공했다.

 

실험 결과 이 소자는 빛으로 충전해 14v의 전기를 생산할 수 있다. LED 전원을 켤 수 있어 휴대용 전원으로 활용이 가능했다. 강한 햇빛 아래서는 빠르게 충전이 가능하며, 태양광보다 조도가 10배 낮은 실내조명에서도 충전이 가능했다. 섭씨 60도의 높은 온도에서도 안정적인 에너지 생산과 저장이 가능했다.

 

이상영 교수는 “배터리의 고질적 문제인 사용시간 증대와 충전 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술”이라며 “강한 햇빛 아래에서는 전기자동차용 보조 에너지원으로도 활용할 수 있을 정도로 효율이 높다”고 말했다.

 

이 연구결과는 에너지 분야 학술지인 ‘에너지 및 환경과학’ 4월호 표지논문으로 게재됐다.

 

결정질 실리콘 태양전지-고체형 리튬이온 배터리를 하나로 합친 ‘일체형 에너지 생산/저장 소자’의 모습. 소형 실리콘 태양전지 모듈 전극과 고체형 리튬이온 배터리가 알루미늄 집전체를 통해 상호 공유하도록 설계됐다. - 울산과학기술원 제공
결정질 실리콘 태양전지-고체형 리튬이온 배터리를 하나로 합친 ‘일체형 에너지 생산/저장 소자’의 모습. 소형 실리콘 태양전지 모듈 전극과 고체형 리튬이온 배터리가 알루미늄 집전체를 통해 상호 공유하도록 설계됐다. - 울산과학기술원 제공

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