본 기술은 양극, 전해질, 음극으로 이루어진 셀에서 양극의 전도성 화합물 위에 금, 은, 팔라듐 등 금속 나노입자를 형성한 에너지 저장 디바이스입니다. 빛을 비추면 나노입자의 표면 플라즈몬 효과로 핫 전자와 핫 홀이 생겨 전극의 산화·환원 반응을 촉진합니다.
리튬-공기 배터리 등은 충전 과정에서 방전 생성물을 분해하며 산소를 발생시키는 반응의 과전압이 매우 높았습니다. 이 때문에 충전과 방전 사이의 전압 차이가 커져 에너지 효율이 낮고, 반복 구동 시 디바이스 성능이 떨어지는 문제가 있었습니다.
본 기술은 카본 블랙·탄소 나노튜브 같은 전도성 탄소나 금속 위에 3~100 nm 크기의 금속 나노입자를 전도성 화합물 100 중량부 대비 20 중량부 이상 올리고, 구동 중 300~900 nm 파장의 빛을 조사해 핫 캐리어를 만듭니다. 핫 전자는 환원 반응을, 핫 홀은 산화 반응을 각각 가속하며, 환원 생성물은 필름 형태로 형성됩니다. 리튬-공기·소듐-공기 배터리, 리튬-황 전지, 리튬·소듐 이온 하이브리드 커패시터에 적용될 수 있어 외부 광에너지를 끌어와 충전 과전압을 줄이고 왕복 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
본 발명은 교육부의 핵심연구지원센터 조성 지원 과제를 통해 개발되었습니다.
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