고성능 전기변색 소자를 위한 바나듐 산화물 막의 전기변색 에너지 저장 성능 향상

[2025 카모페어]

전 세계적인 화석연료의 사용은 산업을 급속도로 발전시킨 측면도 있지만, 과도한 사 용으로 인해 심각한 환경파괴가 이루어졌고, 따라서 급격한 기후변화와 지구온난화 문 제가 인류 역사상 가장 큰 문제로 대두되고 있다. 따라서 전기화학 소자 기반의 에너지 저장 소자에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 그중에서도 전기변색 소자는 스마트 윈도 우에 적용되어 여름철에는 창호를 통한 열 유입의 60%, 겨울철에는 창호를 통한 열 손 실을 25%까지 막을 수 있어, 냉·난방비를 절감하여 에너지 손실을 줄일 수 있는 환경 친화적인 차세대 기술로 주목받고 있다. 전기변색 소자의 구성 요소로는 기판/투명전도 막/양극 전기변색 막과 음극 전기변색 막/투명전도막/기판 사이 전해질이 존재하는 구조 를 나타낸다. 전기변색 소자는 외부 전원 공급 장치로부터 전압이 인가되면, 양극 전기 변색 막 및 음극 전기변색 막과의 전기화학 반응 (산화-환원)이 일어나며, 이를 통해 소 자의 광학적 특성 (투과도, 흡수도, 반사도 및 색 등)을 가역적으로 조절할 수 있다. 전 기변색 물질 중 바나듐 산화물 (V2O5)은 산화수에 따라 각각 다른 색을 나타낼 수 있어 다색 전기변색 소자로의 적용이 가능하지만, 바나듐 산화물 막은 낮은 전기전도도 (3×10-5 S/cm 이하)를 나타내며, 그로 인한 낮은 투과도 변화폭 (45% 이하), 느린 응답속도 (각각 10초 이상), 그리고 낮은 변색 효율을 나타내는 문제 때문에 고성능 의 전기변색소자를 구성하는 데에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 이를 해결하 기 위해서, 스핀 코팅을 통한 복합화된 바나듐 산화물 막과 3D 프린팅을 통한 3차 원 구조를 가진 바나듐 산화물 막 연구를 진행하였다

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