본 논문은 탁월하게 활성인 층상 금속 칼코게나이드 물질을 사용하여 내구성이 우수한 양기능성 전기촉매를 구축하기 위한 새로운 접근법을 제안한다.

재충전 가능한 수계 Zn–CO2 배터리는 지속가능하고 친환경적인 에너지에 대한 요구를 충족하기 위해 에너지 저장과 CO2 활용을 결합하는 유망한 기술이다. 그러나 이 기술의 실제 적용은 낮은 전류 밀도, 부가가치 생성물의 낮은 파라데이 효율, 높은 과전압, 제한된 사이클 수와 같은 요인들로 인해 저해된다. 중요한 구성 요소인 양극 촉매는 시스템의 성능에 상당한 영향을 미친다. 수계 Zn–CO2 배터리를 위한 양극 소재에 관한 여러 최신 출판물이 있었지만, 고성능 Zn–CO2 배터리에 대한 보고는 드물다. 본 연구에서는 기체상 CO2를 주입하여 고성능을 달성하기 위한 새로운 시스템을 보고한다. 기존의 Zn–CO2 배터리와 달리, 기체상 CO2를 주입함으로써 낮은 CO2 용해도의 문제를 극복하였다. Ag 또는 Au 촉매에 의해 구동되는 설계된 Zn–기체상 CO2 배터리는 4 mA/cm2에서 각각 CO에 대한 파라데이 효율이 92.72% 및 89.56%를 달성하였다. 또한 최대 출력 밀도는 Ag 및 Au 촉매에서 각각 5.52 mW/cm2 및 7.89 mW/cm2로, 이는 기존의 수계 Zn–CO2 배터리의 출력 밀도보다 훨씬 큰 값이었다. 더불어 X선 회절을 이용하여 Ag 및 Au 양극에서의 반응 특성에 대해 ex–situ 모니터링을 수행하였고, Au 양극을 사용할 때 600분의 내구성을 달성하였다. 이러한 결과는 고성능 에너지 저장 및 CO2 활용을 위한 Zn–CO2 배터리를 설계하는 실용적인 방안을 제공한다.

자발적 그린 수소 생산 및 전력 생산 시스템.

본 논문은 탁월하게 활성인 층상 금속 칼코게나이드 물질을 사용하여 내구성이 우수한 양기능성 전기촉매를 구축하기 위한 새로운 접근법을 제안한다.

재충전 가능한 수계 Zn–CO2 배터리는 지속가능하고 친환경적인 에너지에 대한 요구를 충족하기 위해 에너지 저장과 CO2 활용을 결합하는 유망한 기술이다. 그러나 이 기술의 실제 적용은 낮은 전류 밀도, 부가가치 생성물의 낮은 파라데이 효율, 높은 과전압, 제한된 사이클 수와 같은 요인들로 인해 저해된다. 중요한 구성 요소인 양극 촉매는 시스템의 성능에 상당한 영향을 미친다. 수계 Zn–CO2 배터리를 위한 양극 소재에 관한 여러 최신 출판물이 있었지만, 고성능 Zn–CO2 배터리에 대한 보고는 드물다. 본 연구에서는 기체상 CO2를 주입하여 고성능을 달성하기 위한 새로운 시스템을 보고한다. 기존의 Zn–CO2 배터리와 달리, 기체상 CO2를 주입함으로써 낮은 CO2 용해도의 문제를 극복하였다. Ag 또는 Au 촉매에 의해 구동되는 설계된 Zn–기체상 CO2 배터리는 4 mA/cm2에서 각각 CO에 대한 파라데이 효율이 92.72% 및 89.56%를 달성하였다. 또한 최대 출력 밀도는 Ag 및 Au 촉매에서 각각 5.52 mW/cm2 및 7.89 mW/cm2로, 이는 기존의 수계 Zn–CO2 배터리의 출력 밀도보다 훨씬 큰 값이었다. 더불어 X선 회절을 이용하여 Ag 및 Au 양극에서의 반응 특성에 대해 ex–situ 모니터링을 수행하였고, Au 양극을 사용할 때 600분의 내구성을 달성하였다. 이러한 결과는 고성능 에너지 저장 및 CO2 활용을 위한 Zn–CO2 배터리를 설계하는 실용적인 방안을 제공한다.

자발적 그린 수소 생산 및 전력 생산 시스템.

전 pH 범위에서 우수한 수소 발생 반응(HER) 성능과 장기 내구성을 보이는 전이 금속 칼코겐화물 기반 전기촉매의 개발은, 물 전기분해를 통해 에너지 및 비용 효율적인 그린 수소 생산을 달성하는 데 결정적으로 중요하다. 본 연구에서는 간편한 수열 합성 공정에 이어 인화(phosphorization)를 수행하여 제작한 독특한 Re3P4/ReS2 옴 접촉(Ohmic contact) 이종접합 구조를 제시하고자 하며, 이는 현저하게 효율적이고 내구성 있는 HER 성능을 제공한다. 10 mA cm−2에서 과전압이 40 mV (0.5 M H2SO4), 66 mV (1.0 M KOH), 94 mV (1.0 M 인산염 완충용액)로 pH 전 범용( pH-universal ) 활성을 나타내고, 10, 50 및 100 mA cm−2의 서로 다른 전류 밀도 조건에서 90시간 동안 탁월한 안정성을 보인다. 실험적 분석과 이론적 계산 결과, 옴 접촉 계면은 계면 전하 재분배를 유도하여 HER 과정에서 반응 중간체의 흡착 에너지를 최적화할 수 있음을 시사한다. 그 결과, Re3P4/ReS2로 조립된 양이온 교환막 수전해기(AEMWE)는 1.0 A cm−2에서 낮은 단위전지 전압 2.01 V를 달성하고, 산업용 전류 밀도 500 mA cm−2에서 500시간 동안 안정적으로 동작을 유지한다. 본 연구는 pH 전 범용 전기촉매로서 옴 접촉 이종접합을 설계하는 데 유용한 통찰을 제공하며, 다양한 전해질 조건에서 효율적인 수소 생산 기술의 개발을 진전시킨다.

대기 조건에서 고효율 페로브스카이트 태양전지(PSC)를 구현하는 일은 상용화를 위한 핵심 병목으로 남아 있는데, 이는 페로브스카이트 전구체와 박막 형성 과정이 수분과 산소에 매우 취약하기 때문이다. 본 연구에서는 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoroacetate (BMIT)를 전구체 용액에 도입하여 역구조 PSC에 대해 견고한 공기 처리(air-processing) 전략을 개발함으로써, 요오드화물(iodide)의 산화를 억제하고 20–60%의 광범위한 습도 범위에서 안정적인 막 형성을 촉진하여 페로브스카이트 전구체의 환경 내성을 향상시켰다. 또한 균형 잡힌 이온 배위(ionic coordination)는 Pb-I 응집을 억제하고 콜로이드 클러스터링을 완화하며 핵생성 동역학을 조절하여, 치밀하고 고결정성의 페로브스카이트 박막을 형성하고 우수한 재현성을 확보하게 한다. 그 결과, 우리는 서로 다른 밴드갭(1.51, 1.54, 1.68 eV)에 대해 높은 효율의 소자를 시연하였으며, 1.54-eV 셀에서는 최대 85.00%의 필팩(fill factor)을 갖는 인증된 전력변환효율(PCE) 26.48%를 달성하였다. 소자는 대기 중 1-sun 연속 운전 1,400 h 후에도 초기 PCE의 96%를 유지한다.

또한, 이 초분자 SEI로 코팅된 SCN 애노드는 전해액이 극도로 빈약한(ultra-lean) 조건에서, 완전 셀 구성에서 코팅되지 않은 SCN에 비해 상업용 작동 환경을 매우 유사하게 모사하면서, 사이클 안정성이 4배 이상 향상되었다. 본 연구는 고성능 애노드 소재를 위한 고급 인공 SEI 층을 설계하기 위한 견고한 플랫폼을 제공한다.