[신기술 소개] 물과 그래핀을 이용한 전류생산

NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 34, No. 2, 2016 … 127

신기술 소개

물과 그래핀을 이용한 전류생산

(Highly efficient moisture-enabled electricity generation from graphene oxide frameworks)

Zhao et al. Energy Environ. Sci.,912, 9(2016) DOI: 10.1039/c5ee03701h

전기가 없는 현대생활은 상상하기 힘들다. 그리고 이러한 전기는 다양한 방법으로 만들어 진다. 하지만 여전히 자연에 잠재되어 있는 에너지를 전기로 바꾸 는 방법에 대해서 꾸준히 연구되고 있다. 화학적 잠 재 에너지(chemical potential energy) 변환기술도 그중 에 한 방법이다. 베이징 공과대학(Beijing Institute of Technology)의 Liangti Qu 그룹에서는 3차원 구조를 갖는 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide, GO)를 이용하 여 화학적 잠재 에너지를 전기로 바꾸는 방법을 고안 하였다. 이러한 3차원 구조의 GO는 수분이 자유롭게 이동할 수 있는 다공성구조를 가지고 있다(아래 그림

참조). 따라서 물분자가 그래핀 옥사이드에 있는 산 소를 포함하는 그룹과 반응을 하여 수소이온을 생성 한다. 산소를 포함하고 있는 그룹이 3차원 구조내에 서 다른 농도를 가지고 있는 경우, 이러한 농도차이 가 이온의 이동을 만들고 이러한 이온의 이동이 전류 를 발생시킨다. 결과적으로 이렇게 제조한 3차원구조 의 다공성 GO를 알루미늄전극에 연결하여서 실제로 전류가 흐르는 것을 확인하였다. 이러한 화학적 잠재 에너지를 이용한 전기 생산은 소량의 전기가 필요한 곳에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

그림 1. 3차원 다공성 구조를 갖는 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide) (a) Preparation process of g-3D-GO from GO solution through a three-step strategy, including freeze-drying, tabletting and polarization, where the polarization is referred to themoisture/electric field co-induced gradient of oxygen-containing groups(b and c). Scanning electron microscopy(SEM) images of the porous 3D assembly of GO and the close-grained 3D-GO[Zhao et al. Energy Environ. Sci.,912, 9(2016) DOI: 10.1039/c5ee03701h].