| 태양광을 이용한 “공기 발전”을 위한 새로운 반도체 촉매 개발 | ||
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  난카이(南開)대학교 화학대학 Li Fujun(李福軍) 연구팀은 표면 플라즈몬 강화 효과가있는 새로운 반도체 촉매를 획득하였으며 최초로 가시광선을 리튬-산소 전지에 도입하여 양극반응 속도를 뚜렷하게 향상시켜 배터리 충·방전 과정의 분극화를 효과적으로 감소시키고, 고효율 금속-공기 전지를 구축하는 새로운 아이디어를 제공했다. 해당 연구 성과는 국제학술지 “Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”에 게재되었다. “공기 발전”은 유망한 차세대 전지 시스템으로 간주되지만 양극의 지연된 반응 속도로 인한 충·방전 과정의 높은 분극화, 낮은 에너지 효율 등은 리튬-산소 전지의 개발과 응용을 제한한다. 광여기 반도체에 의해 생성된 광전자와 정공은 전기화학 반응의 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 에너지 밴드 구조가 적절한 반도체 재료를 이용하여 빛을 리튬-산소 전지에 도입하면 양극의 반응 속도를 크게 향상시키고 충·방전 과전압을 줄일 수 있다. 기존에 사용되는 반도체 광흡수는 주로 자외선 영역에 집중되어 태양 스펙트럼의 4% 밖에 되지 않는다. 연구팀은 금나노 입자의 플라즈몬 강화 효과가 가시광선의 흡수를 크게 증가시키고, 산소 환원반응의 속도를 개선하며, 방전 생성물 과산화리튬의 생성을 촉진함을 발견하였다. 충전의 경우 정공은 외부 전압의 구동하에 과산화리튬을 효율적으로 산화시켜 산소를 방출한다. 마치 리튬-산소 전지에 집광경을 추가하여 양극이 더 많은 빛에너지를 접수하여 전지의 반응 속도를 가속화하는 것과 같다. 개선 후의 리튬-산소 전지의 방전 전압이 높은 것은 방전 과정에서 리튬-산소 전지도 일부 빛에너지가 전기에너지로 변환되어 출력할 수 있음을 의미한다. 충전의 경우 빛에너지는 화학에너지로 변환되어 리튬-산소 전지에 저장되어 충전 전압을 낮추고, 전지의 충·방전 전압 차이가 감소되며, 아울러, 우월한 전지 배율 성능과 순환 안정성을 획득한다. 해당 연구는 전지에서 빛에너지의 직접 변환과 저장을 달성하고, 태양광 발전 및 저장을 위한 새로운 전략을 제공할 전망이다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-04/29/content_466928.htm?div=-1 |
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