[ATN뉴스=이기종 기자] 한국에너지기술연구원은 고려대학교 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단과 군산대학교와 공동으로 광감응 자동 색변환 스마트 윈도우 디바이스 내에서 이온의 이동과정과 그에 따른 변색층의 상변화에 대한 반응 원리를 규명했다고 19일 밝혔다.

기후위기에 따른 홍수, 가뭄, 해수면 상승 등 기상이변과 생태계의 변화가 나타나며 탄소중립의 중요성은 범세계적 관심사로 부상했다.

정부에서도 화석연료 기반의 경제에서 벗어나 태양광과 풍력 등 신재생에너지 기반의 친환경 경제로 전환하고자 ‘2050 탄소중립 정책’을 발표했다.

이러한 가운데 국내 연구진이 탄소중립 실현에 부응하는 제로에너지건물 실현을 위한 스마트 윈도우 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 연구가 진행되고 있다.

그러나 광감응 자동 색변환 스마트 윈도우 장치 내 변색 물질에서의 리튬 이온의 삽입과 탈착과정은 스마트 윈도우의 작동 속도와 효율성을 결정하는 핵심 단계이지만 정확하게 어떤 원리를 통해 반응하는지는 아직 밝혀지지 않았다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 착색과 탈색 과정 중 변화를 실시간으로 관찰해 변색에 중요한 역할을 하는 텅스텐산화물의 특정 자리로 리튬 이온이 이동하는 원리를 밝혀냈다.

연구진이 개발한 광감응 자동 색변환 스마트 윈도우 기술은 태양전지 기술과 전기변색 기술을 융합한 기술로 일체형 소자 내에 광흡수층을 포함하고 있어 외부 전원 없이 변색이 가능하며 투명 전도성 기판을 사용하지 않아 생산단가를 낮출 수 있는 차세대 스마트 윈도우 기술이다.

이 기술의 장점으로 광흡수층이 전자전달뿐만 아니라 광센서 역할을 동시에 수행해 외부 광량에 따라 햇빛의 투과도를 자동으로 조절하고 햇빛이 강할수록 태양광 차단 능력이 향상된다.

이로 인해 여름철 냉방비용 절감에 효과적이며 외부전원이 필요 없어 기존빌딩에도 적용할 수 있다.

또 유리뿐만 아니라 필름형으로도 개발이 가능해 자동차 등과 같은 운송수단에 적용되어 효율을 향상 시킬 수 있기 때문에 미래 전망이 좋은 기술이다.

연구 관계자는 “이번에 개발한 기술은 유리 등에 붙일 수 있는 필름형으로써 연구과정의 모의실험으로 얻은 결과를 기준으로 보면 연평균 17% 정도의 에너지 절감을 할 수 있다”며 “현재 시제품 전 단계를 진행하고 있다”고 말했다.

이 연구는 IBS 분자 분광학 및 동력학 연구단의 지원과 한국연구재단에서 지원하는 미래선도기술개발사업의 일환으로 진행됐고 재료과학분야 저명 국제 학술지인 나노 에너지에 게재됐다.

한편 기술이전과 기술출자를 통한 연구소 기업인 ㈜네스포유는 자체 보유한 ‘전기변색 기술’과 한국에너지기술연구원으로부터 기술이전 받은 ‘광감응 자동 색변환 기술’을 조합해 대면적 광 변색 창문 및 필름을 개발하고 대형 상업용 건물 및 자동차용 부착형 필름 시장으로 사업화를 확대할 계획이다.