문준혁

기존 태양전지의 낮은 효율과 전자 재결합 문제를 해결하기 위해 이산화주석-이산화티타늄 코어-쉘 구조체가 개발되었습니다. 본 기술은 동공을 가진 다공성 이산화주석 코어에 이산화티타늄 쉘을 코팅하여, 전자 재결합을 효과적으로 방지하고 광전류 밀도를 높입니다. 염료감응 태양전지 광전극으로 적용 시, 비표면적 증가와 전자 이동도 개선을 통해 에너지 전환 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다. 이는 차세대 태양전지 기술 발전에 중요한 기여를 하고 있습니다.

기존 탄소나노튜브 기반 수퍼캐패시터 전극은 낮은 에너지 저장 밀도와 정전용량 한계가 있었습니다. 이러한 문제 해결을 위해 본 기술은 질소 도핑된 밀집 탄소나노튜브 입자 및 이를 포함하는 고성능 수퍼캐패시터 전극을 제안합니다. 탄소나노튜브-함유 수성 분산액을 이용한 유중수형 에멀젼 형성 후 물을 증발시켜 밀집된 탄소나노튜브 입자를 얻고, 이를 질소-함유 화합물로 도핑하는 혁신적인 제조 방법을 활용합니다. 본 방법을 통해 제조된 질소-도핑된 탄소나노튜브 입자는 종래 질소가 도핑되지 않은 입자 대비 약 3.1배 높은 비정전용량을 나타내며, 최대 215 F/g의 뛰어난 정전용량을 달성합니다. 또한, 계층적 다공성 구조로 효율적인 이온 수송을 가능하게 하며, 1,500 사이클 이상에서도 99% 이상의 높은 안정성을 유지합니다. 이는 고성능 에너지 저장 장치 개발에 크게 기여할 것입니다.

기존 슈퍼캐패시터 전극 소재는 용량 및 비용 효율성에서 한계를 가졌습니다. 본 기술은 급속 열 분사 건조법을 통해 형성된 탄소나노튜브 입자에 금속산화물을 코팅하여, 이 문제를 해결합니다. 개발된 금속산화물-코팅된 탄소나노튜브 복합체 입자는 기존 대비 최대 15배 향상된 용량과 뛰어난 100%에 가까운 수명 특성을 제공합니다. 이는 슈퍼캐패시터의 성능을 획기적으로 개선하여 전기자동차, 휴대용 전자기기, 군사 및 우주항공 분야 등 다양한 고성능 에너지 저장 장치에 적용 가능한 차세대 전극 소재입니다. 본 제조 방법은 간단하고 효율적입니다.

기존 메탄 전환 기술은 고온, 고압의 복잡한 공정으로 인해 알코올 생산 비용이 높다는 한계가 있었습니다. 본 기술은 이러한 문제점을 해결하기 위해 상온 및 상압 조건에서 메탄을 직접 알코올로 전환하는 혁신적인 다공성 산화철-지르코니아 복합 촉매와 그 제조 방법을 제안합니다. 이 복합 촉매는 전기화학 반응을 통해 메탄으로부터 메탄올, 에탄올, 프로판올 등을 저비용으로 효율적으로 생산할 수 있도록 돕습니다. 이를 통해 에너지 효율을 극대화하고 친환경적인 알코올 생산을 가능하게 합니다.

메탄은 수송 및 저장의 어려움으로 활용이 제한적이며, 기존 알코올 제조 공정은 고온·고압을 요구하여 비효율적이었습니다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 니오브 도핑된 산화니켈-지르코니아 복합 촉매 및 그 제조 방법을 제안합니다. 이 촉매는 산화니켈 위치에 니오브를 도핑하여 메탄 전환 활성을 크게 향상시킵니다. 특히, 상온·상압의 저비용 조건에서도 메탄을 효율적으로 산화시켜 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 알코올을 생산할 수 있습니다. 이는 에너지 효율적이고 경제적인 알코올 제조의 새로운 길을 제시하는 혁신적인 기술입니다.

기존 염료감응형 태양전지는 특정 파장대의 빛만 활용하여 효율이 낮은 한계를 가지고 있었습니다. 본 기술은 자외선 및 적외선 영역의 빛을 가시광선으로 변환하는 혁신적인 2중 파장변환층을 도입하여 이 문제점을 해결합니다. 이를 통해 태양전지의 광전변환 효율을 22% 이상 획기적으로 향상시키면서도, 35% 이상의 높은 광투과도를 유지하여 투명 태양전지로의 활용 가능성을 높입니다. 건물 유리창, 자동차 선루프 등 다양한 분야에 적용될 차세대 태양전지 기술입니다.