온도 차이로 발생하는 열에너지를 이차전지에 활용하는 방법을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.
27일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 이현욱·서동화 교수팀은 싱가포르 난양공과대 이석우 교수팀과 함께 열전 이차전지(TREC·Thermally regenerative electrochemical cycle) 시스템의 에너지 변환 효율을 높이는 핵심 인자를 밝혀냈다.
이와 함께 100도 이하의 적은 온도 차이로 발생하는 열에너지만으로 이차전지를 충전할 수 있는 시스템도 개발했다.
열전 이차전지는 현재 널리 사용되고 있는 이차전지와 동일한 구조를 가진 에너지 변환 시스템이다.
온도에 따라 변하는 전압의 크기를 활용해 서로 다른 온도 계수의 전극 소재로 이차전지를 구성한다.
이 시스템을 활용하면 체온이나 낮과 밤의 온도 차이로도 소량의 에너지를 충전할 수 있다.
연구팀은 다양한 방식으로 열전 이차전지를 활용하고자 에너지 변환 효율 향상법을 연구했다.
양극 소재 내부의 물질 구조가 어떤 영향을 미치는지 분석하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 결과를 확인했다.
연구팀은 소재가 갖는 물 분자 수가 적을수록 양극 소재 구조의 대칭성이 증가해 물 분자 근처의 전이 금속과 리간드의 결합이 강화하는 것을 확인했다.
이러한 구조적 변화는 양극 소재의 구조 진동 엔트로피가 커지게 했다.
엔트로피 변화는 온도 계수의 크기와 밀접한 관계가 있어 결과적으로 열전 이차전지 시스템의 효율을 향상할 수 있었다.
이현욱 교수는 “사물인터넷의 발전으로 웨어러블 이차전지 개발이 이슈가 되고 있는데, 웨어러블 전지의 경우 일반 도선으로 충전하는 데 한계가 있다”며 “인체 부착형 전지를 위해 열전 이차전지 시스템과 같은 새로운 충전 방법에 대한 개발과 연구가 진행돼야 한다”고 말했다.
연구 결과는 에너지·재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials) 온라인판에 3일 자로 게재됐다.
연구는 UNIST 미래선도형 특성화 사업, 한국연구재단 중견연계 신진후속 사업의 지원 받아 이뤄졌다.