녹색 에너지 기술의 진화: 복사냉각 및 태양열 흡수 기능을 갖춘 3차원 스마트 에너지 소자 개발

DGIST 로봇 및 메카트로닉스 공학과의 김봉훈 교수가 이끄는 연구팀은 가역적 가열 및 냉각 기능을 모두 갖춘 "3D 스마트 에너지 장치"를 개발했습니다. 이 팀은 KAIST 기계공학과의 이봉재 교수와 고려대학교 재료공학과의 이헌 교수와 협력했습니다. 그들의 혁신적인 장치는 국제 저널인 Advanced Materials 의 표지 논문으로 선정되어 우수성과 실용성을 공식적으로 인정받았습니다.

난방과 냉방은 전 세계 에너지 소비량의 약 50%를 차지하며, 지구 온난화와 대기 오염과 같은 환경 문제에 상당한 영향을 미칩니다.

이에 따라 태양과 실외 공기를 열과 냉방원으로 활용하는 태양열 흡수 및 복사 냉각 장치가 친환경적이고 지속 가능한 솔루션으로 주목을 받고 있습니다.

다양한 장치가 개발되었지만, 대부분은 기능이 제한되어 있고, 난방이나 냉방에만 초점을 맞추고 있으며, 대규모 시스템은 조절성이 부족합니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 김 교수 팀은 가역적 가열 및 냉각 기능을 단일 장치에 통합한 "3D 스마트 에너지 장치"를 만들었습니다.

이 장치는 독특한 메커니즘으로 작동합니다. 3D 구조가 기계적 벗겨짐 과정을 통해 열리면 실리콘 엘라스토머와 은으로 만들어진 아래쪽 층이 노출되면서 복사 냉각이 생성됩니다.

구조물이 닫히면 검은색 페인트로 코팅된 표면이 태양열을 흡수하여 난방을 발생시킵니다.

연구팀은 피부, 유리, 강철, 알루미늄, 구리, 폴리이미드 등 다양한 기판에서 장치를 테스트하고 3D 구조의 각도를 조정하면 가열 및 냉각 성능을 제어할 수 있음을 입증했습니다.

열적 속성을 조절하는 이러한 능력은 거시적, 미시적 규모 모두에서 온도 조절이 필요한 건물과 전자 장치의 에너지 소비를 줄이는 효율적이고 유망한 솔루션을 제공합니다.

김봉훈 교수는 "저희 연구가 이렇게 권위 있는 저널의 표지 논문으로 선정되어 영광입니다."라고 말했습니다.

"우리는 이러한 결과가 산업 및 건물 환경에 적용되어 에너지 소비를 줄이는 데 도움이 되도록 하는 것을 목표로 합니다."

이 연구는 한국연구재단의 "글로벌 바이오컨버전스 인터페이싱 선도연구센터(ERC)"와 "나노 및 소재기술개발사업"의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 Advanced Materials 에 게재되었고 표지 논문으로 게재되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241025122740.htm