[논문]저장형 광전기화학 셀

박민우; 한영수

[국내논문] 저장형 광전기화학 셀
Energy Storable Photo-Electrochemical Cell, ES-PEC 원문보기

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문제 정의

됨을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 정공의 저장까지 고려한 새로운 재료로서 , 도전성 고분자의 하나인 Polyaniline을 도입한 개선된 ES-PEC를 검토 중에 있으며, 그림 11에 개략적인 구조를 나타내었다. Polyanilinee Ti 금속판에 전해중합 또는 스퍼터에 의해 형성된 박막을 사용하였다.
미래 산업응용의 관점에서 염료 태양전지의 다기능화의 일환으로 추진되고 있는 축전기능을 겸비한 ES-PEC의 성능향상에 기대하는 바가 크다. 현재 본 연구 그룹에서는 ES-PEC의 핵심 요소기술(특히 전하축적용 전극 및 금속 메쉬 전극을 중심으로)을 확립하고자 하고 있으며, 셀에 적용하였을 경우 구조 개선을 통한 효율 향상에도 주안점을 두고 연구를 진행하고 있다.

대상 데이터

이에 본 연구에서는 정공의 저장까지 고려한 새로운 재료로서 , 도전성 고분자의 하나인 Polyaniline을 도입한 개선된 ES-PEC를 검토 중에 있으며, 그림 11에 개략적인 구조를 나타내었다. Polyanilinee Ti 금속판에 전해중합 또는 스퍼터에 의해 형성된 박막을 사용하였다. Ti 전극의 뒷면은 Iodine Redox와의 산화환원 작용을 원활하게 수행할 수 있도록 Pt막을 증착시켰다.
Cation 교환 막을 사용한 전하축적 전극을 도입 한 개 량된 ES-PEC의 구조를 그림 10에 나타내었다. 전하축적 전극은 PPy를 스텐레스 메쉬 전극위에 전해 중합하여, 그 위에 직접 Nafionll7을 도포한 것을 사용하였으며, 상대전극에는 FTO층 위에 백금(Pt)을 증착시킨 것을 사용하였다. ES-PEC는 그림 8의 구조와 비교할 때, 충방전 속도가 한층 향상되었으며 , 방전 전하량도 증가하였다.

성능/효과

전하축적 전극은 PPy를 스텐레스 메쉬 전극위에 전해 중합하여, 그 위에 직접 Nafionll7을 도포한 것을 사용하였으며, 상대전극에는 FTO층 위에 백금(Pt)을 증착시킨 것을 사용하였다. ES-PEC는 그림 8의 구조와 비교할 때, 충방전 속도가 한층 향상되었으며 , 방전 전하량도 증가하였다. 더욱이 전하축적 전극의 충전용량을 증가시키기 위해, PPy의 중합 전하량을 5C/ 面까지 증가시켜 , 큰 방전 전기량을 나타냄과 동시에, 500mV이상의 높은 전압을 보유할 수 있음을 알 수 있었다.
그리고 전하축적 전극을 복수로 늘리게 되면(그림 10), 축전용량을 대폭 증가시킬 수가 있을 것으로 기대된다. 계산에 의하면, 축적 전극의 개수를 늘려서 제작한 ES-DSC에서 방전 전하량을 최대 58〔mC/cm「2〕까지 증가시킬 수 있었다. 여기서 전극 1개당 PPy 중합량은 5〔C/cnf〕이다.
ES-PEC는 그림 8의 구조와 비교할 때, 충방전 속도가 한층 향상되었으며 , 방전 전하량도 증가하였다. 더욱이 전하축적 전극의 충전용량을 증가시키기 위해, PPy의 중합 전하량을 5C/ 面까지 증가시켜 , 큰 방전 전기량을 나타냄과 동시에, 500mV이상의 높은 전압을 보유할 수 있음을 알 수 있었다. 전하축적 전극의 기판에 Mesh-Ti을 사용할 경우, 더욱 안정성이 향상된 셀 특성을 얻을 수 있음이 확인되었다.
이상과 같은 Graetzel Cell의 작동 원리가 종래의 태양전지와 크게 다른 점은, 나노레벨의 미립자 박막(두께는 수〔um〕)을 이용함으로써 실효 표면적이 1, 000배 가까이 증대하여, 이로 인해 광전류밀도가 1, 000배 가까이 향상되었고 보는 것이 가능하다는 점에 있다. 이와 같은 TiO₂ 나노입자막의 SEM사진을 그림 7에 나타낸다.
더욱이 전하축적 전극의 충전용량을 증가시키기 위해, PPy의 중합 전하량을 5C/ 面까지 증가시켜 , 큰 방전 전기량을 나타냄과 동시에, 500mV이상의 높은 전압을 보유할 수 있음을 알 수 있었다. 전하축적 전극의 기판에 Mesh-Ti을 사용할 경우, 더욱 안정성이 향상된 셀 특성을 얻을 수 있음이 확인되었다. 이 경우, 전자를 축적시키는 전하축적 전극을 셀 중간부에 위치시킬 수 있어서, 상대 전극인 Pt 전극은 복잡한 Mesh 구조가 아닌 평판형으로 가능하여, 전체적으로 셀 구조를 간략화 할 수 있다.

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