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세계 인구 급증에 따른 에너지 수요의 급격한 증가로 인해 환경오염과 지구온난화 문제가 대두되고 있으며 에너지 고갈 문제는 날이 갈수록 심해지고 있다. 이에 대응하기 위해 버려지는 열을 수집해 전기에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다. 폐열은 가정, 산업, 지열, 태양열, 인체 등 주변에서 가장 많이 발생하는 에너지원이다. 특히, 폐열의 대부분은 120도 미만의 저급 폐열인데, 이러한 저급 폐열은 활용하기가 어렵다는 한계점이 존재한다. 이런 저급폐열을 ...

세계 인구 급증에 따른 에너지 수요의 급격한 증가로 인해 환경오염과 지구온난화 문제가 대두되고 있으며 에너지 고갈 문제는 날이 갈수록 심해지고 있다. 이에 대응하기 위해 버려지는 열을 수집해 전기에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다. 폐열은 가정, 산업, 지열, 태양열, 인체 등 주변에서 가장 많이 발생하는 에너지원이다. 특히, 폐열의 대부분은 120도 미만의 저급 폐열인데, 이러한 저급 폐열은 활용하기가 어렵다는 한계점이 존재한다. 이런 저급폐열을 전기에너지로 변환하기 위해 Hexacyanoferrate 의 산화/환원 반응을 기반으로 하는 수계 전해질의 열-전기화학 전지가 활용될 수 있다.
하지만 열-전기화학 전지에 사용되는 전극은 백금이나 나도 구조화된 탄소 전극으로, 높은 가격으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 열-전기화학 전지의 약점을 보완하기 위해 비 귀금속인 구리를 이용한 열-전기화학 전지를 제안하고자 한다. Hexacyanoferrate 기반 수계 전해질의 pH 조건을 구리의 Immunity window에 맞추어 알칼리 조건으로 조절하면 구리는 백금과 유사한 수준의 성능을 보이며, 탄소보다 뛰어난 수준의 성능을 보인다는 것을 발견했다. 더 나아가 다공성 구조의 구리 전극을 사용해 반응 표면적을 극대화하면 상용화에 근접할 수준으로 성능이 크게 향상되는 것을 확인했다.
전극 가격 측면을 비교해 보았을 때 구리의 가격은 백금 가격의 1/6000 수준이고, 상용화된 전극인 MWNT의 1/15 수준이다. 따라서 본 연구에서는 열-전기화학 전지의 상업화를 이루기 위한 비귀금속인 구리 전극을 성공적으로 적용했고, 전지를 직렬 연결해 1.5V에 달하는 고전압 성능을 달성했다.

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