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텅스텐산화물 기반의 대면적 스마트윈도우 제조

전문가 제언: ○ 스마트윈도우 기술은 건물의 에너지 손실이 가장 많은 창호에서 여름에 태양광 투과를 줄이고 겨울에 적외선 투과를 늘려 건물의 냉방비와 난방비 그리고 조명비를 절감함으로써 에너지 수요를 절감한다. 텅스텐 산화물(WO3) 등 전이금속산화물의 두 특성인 전기변색과 배터리(전기저장) 기능을 활용한 스마트윈도우 기술은 건물 외에도 자동차, 여객기 그리고 휴대폰 등 전자기기에 전력공급까지 응용범위를 넓히고 있다.

○ 전기변색 현상은 1953년 황산에 침지된 WO3박막에서 전기인가에 의한 텅스텐의 환원에 따른 색변화 기록이 최초였다. 기본적으로 전해질은 두 금속산화물인 전기변색층 사이에 위치하여 양측에 이온과 전자를 전달하는데 기술이 진화하여 현재 고전도성 등 다기능의 고분자 기반이 대부분이다. 중국의 W. Mai 교수팀은 이 글에서 복고적으로 황산을 전해질로 사용하고 틈새가 많은 WO3 기반의 전극을 이용한 전기변색 기술개발의 훌륭한 성과를 상세히 소개하고 있다.

○ 저자들은 전기에너지 저장과 전기변색을 결합한 다기능 유리창을 진공증착과 전해석출로 쉽게 얻었다. 기술의 핵심은 다결정 WO3에서 입자간 틈새가 많아 이온의 저장과 출입에 유리한 것인데 육방정 W결정에서보다 우수한 특성이었다. 투명전도층 FTO상에 증착된 WO3막은 세계 최고 비정전용량 639.8Fg-1을 보여 색상은 투명으로부터 급격히 심청색으로 변하고 광투과도가 91.3%에서 15.1%로 줄었는데 전압은？0.6V만이 소요되었다. WO3 대안의 폴리아닐린 기반 배터리형 윈도우도 개발하고 WO3 기반 대면적 15×15㎠의 스마트윈도우 견본을 제조하였다.

○ 금후 외부전원이 필요 없이 스스로 외부자극에 반응하는 차세대 스마트윈도우 개발과 유리기판 대신 PET 등의 유연성 기판 사용의 개발이 필요하다. 한국도 상용제품은 아직 안보이지만 연구개발이 활발하다. 2008년 유리기판 위 전기변색 금속산화물 박막 증착연구를 생산기술연구원이 수행했고 2013년 스퍼터 이용 50×50㎠의 열변색용 VO2 박막코팅 기술개발을 (주)영도유리산업이 성균관대학교 등과 수행하였다. 외부전원이 필요 없도록 태양전지를 센서 겸 자체전원으로 이용하는 일체형 개발이 보였다. 30개 정도의 국책연구와 많은 논문이 보고되었다.

저자: Peihua Yang et al
자료유형: 니즈학술정보