여름철에 태양의 열을 모아서 겨울에 방출할 수 있는 신소재가 개발! 미래 에너지 저장고로서 기대

Credit: canva

추운 겨울철에 더웠던 여름을 생각하면 여름의 더위를 겨울까지 잡아 둘 수는 없는 것일까? 라고 생각하게 됩니다.

2020년 11월 25일에 과학 잡지 'Chemistry of Materials'에서 발표된 새로운 연구는 그런 꿈을 이루어 줄지도 모릅니다.

영국 랭커스터 대학 연구팀은 논문에서 태양 에너지를 몇 개월에서 길면 몇 년 동안 저장할 수 있는 신소재를 개발했다고 보고합니다.

이 신소재는 어떤 메커니즘을 통해 태양의 에너지 를 저장할 수 있는 것일까요?

태양열 에너지를 몇 달 동안 축적하는 신소재

Credit:Kieran Griffiths et al.,Chemistry of Materials(2020)

랭커스터대 연구팀이 발표한 새로운 결정성 재료는 태양의 에너지를 받아들여 실온에서 수개월간 저장할 수 있으며 필요에 따라 열의 형태로 방출될 수 있다고 합니다.

이것이 실현된다면 사회적 기반시설에 있어서 독립된 전력 구축망으로 이용할 수 있어서 도서 산간 지역등의 난방과 비상시 보조 난방으로서도 활약할 수 있을지 모릅니다.

또 환경에도 매우 청정한 가치 있는 에너지원으로서도 기대할 수 있습니다.

그렇다면 이번 연구는 어떻게 그것을 실현 할 수 있었을까요?

여기에는 MOF(금속유기구조체)라고 불리는 특수한 소재가 이용되고 있습니다.

MOF는 금속 이온의 네트워크로 구성된 다공질적인 재료를 말합니다.

MOF의 중요한 점은 구조 내 작은 구멍에 다른 작은 분자들을 끼워 넣음으로써 쉽게 다양한 복합 재료를 형성할 수 있다는 점입니다.

Credit: 나라 첨단 과학기술 대학원 대학

이번 연구에서 그 MOF 구멍안에 들어간 것은 아조벤젠 분자입니다.

아조벤젠은 광응답성 재료라고도 불리는 것으로, 빛이나 열 등의 외부 자극을 받으면 형상을 변화시키는 성질이 있습니다.

credit: wikipedia

아조벤젠은 기계와 같은 움직임이 가능한 '분자기계'의 일종으로 광스위치로서 기능합니다.

이 아조벤젠 분자가 UV광(자외선)을 받아 MOF 안에서 왜곡된 형태로 변화하게 되는데요. 이런 자외선이 가진 에너지를 위치 에너지로서 저장이 되도록 하는 원리입니다.

그리고 외부로부터 열의 변화를 방아쇠로서 기능하며 그 위치에너지를 열의 형태로 매우 신속하게 방출할 수 있습니다.

위와같은 광응답성 소재는 이 재미있는 성질 때문 에 지금까지도 여러가지 연구가 행해져 왔지만, 그 에너지의 보존 기간은 대개 몇 시간에서 몇일 밖에 유지되지 않았습니다.

그러나, 이번 재료는 실험 결과 적어도 4개월간 에너지를 지속 축적할 수 있다는 것을 알게 되었습니다.

이것은 계절을 넘어서도 빛의 에너지를 보존할 수 있는 가능성을 나타내고 있다는 것입니다.

참고문헌 : Lancaster University

원문기사는 아래링크를 참고하세요.

Long-Term Solar Energy Storage under Ambient Conditions in a MOF-Based Solid–Solid Phase-Change Material

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