[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 국내 연구진이 스마트윈도우 반응원리를 세계 최초로 규명했다.

한국에너지기술연구원은 고려대학교 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단과 군산대학교와 Operando Raman 분석법을 통해 광감응 자동 색변환 스마트 윈도우 디바이스 내에서 이온의 이동과정과 그에 따른 변색층의 상변화에 대한 반응 원리를 규명했다고 18일 밝혔다.

연구진이 개발한 광감응 자동 색변환 스마트윈도우 기술은 태양전지 기술과 전기변색 기술을 융합한 기술이다.

소자 내에 광흡수층을 포함하고 있어 별도의 전원공급 필요성과 가격문제를 동시에 해결하고 건축물의 에너지 절감이 가능한 차세대 스마트윈도우 기술이다.

기술의 구현 예시. [사진=한국에너지기술연구원] 2021.02.18 memory4444444@newspim.com

광감응 자동 색변환 스마트윈도우 장치 내 변색 물질에서의 리튬 이온의 삽입과 탈착과정은 스마트윈도우의 작동 속도와 효율성을 결정하는 핵심 단계이지만 지금까지 어떤 원리를 통해 반응하는지는 밝혀지지 않았었다.

연구를 주도한 홍성준 박사 연구진은 착색과 탈색 과정 중 변화를 실시간으로 관찰해 변색에 중요한 역할을 하는 텅스텐산화물의 특정 자리로 리튬 이온이 이동하는 원리를 밝혀냈다.

연구진이 개발한 광감응 자동 색변환 스마트윈도우는 외부 전압이 아닌 내부에 포함된 광감응 층에 의해 생성된 전력이 텅스텐산화물의 변색을 유도한다.

연구진은 여기에서 Operando Raman 분석법을 통해 내부전력 범위 안에서 텅스텐산화물의 어떤 빈공간 위치에 리튬 이온이 출입하며 각각의 빈공간에 대한 가역성 정도를 규명했다.

연구를 통해 광감응 자동 색변환 스마트윈도우에 사용된 육방정계 텅스텐산화물의 경우 90% 이상의 우수한 가역성을 보이는 것으로 확인했다.

연구진은 향후 텅스텐 산화물의 형상 및 입자 크기 조절 그리고 첨가제 도입 등의 방법을 통해 가역성을 100%까지 향상시켜 스마트윈도우의 성능 및 내구성을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

홍성준 박사는 "고성능 스마트윈도우 개발을 위한 분자 설계 원리를 제공할 뿐만 아니라 개발된 operando 분광학 방법을 적용해 OLED, 태양전지 등의 광전소자 내 핵심 분자의 거동을 작동 환경에서 관찰, 성능 향상에 핵심적인 요인을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단의 지원과 한국연구재단에서 지원하는 미래선도기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

연구결과는 재료과학분야 저명 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)' 온라인 판에 지난 1월 20일 게재됐다.

이번 기술개발을 통해 1건의 기술이전과 기술출자를 통한 연구소 기업 네스포유㈜를 설립했다.

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