폐수 처리는 환경 지속가능성에 있어 긴급한 문제이다. 표준 처리 기술은 종종 오염물질을 제거하면서도 환경적으로 안전한 상태를 유지하는 데 실패한다. 본 장에서는 폐수 처리를 위한 새로운 소재로서 금속 산화물/바이오차 하이브리드의 잠재적 적용 가능성을 평가한다. 금속 산화물은 뛰어난 흡착 능력을 갖는 것으로 알려져 있는 반면, 바이오차는 재생 가능하며 탄소-음성 대안이다. 본 장에서는 함침, 공침침전, 열분해와 같은 기술을 사용하여 금속 산화물/바이오차 하이브리드를 제조하고, 하이브리드의 형태, 구조 및 표면 특성을 특성화하기 위해 비표면적 분석을 포함하여 논의한다. 또한 이러한 하이브리드의 잠재적 흡착 능력은 폐수에서 흔히 발견되는 다양한 오염물질, 즉 유기 오염물질, 중금속, 영양염에 대해 평가하였다. Zn/TiO2/바이오차와 같은 다른 현대적 방법은 가시광선이 조사될 때 UV 방사 없이 수원에서 설파메톡사졸과 같은 난분해성 항생제를 분해하면서 최대 80%의 광분해 효율을 달성한 바 있다. 흡착 효율에 대한 pH, 온도 및 초기 농도의 영향은 최적화된 처리 조건을 마련하기 위해 조사되었다.

페로브스카이트 태양전지 논문 번호 2200632에서 Gill Sang Han, Hyun Suk Jung 및 동료 연구자들은 결함 치유(defect healing) 전략을 보고하며, 이를 통해 고효율이면서도 안정적인 페로브스카이트 대면적 태양전지 모듈의 제작이 가능해짐을 보여준다. 또한 깨끗하고 재생 가능한 태양에너지를 이용한 흥미로운 태양광 구동 물 분해(solar-driven water-splitting) 시스템이 시연되었으며, 이는 탄소 중립(carb on-neutral) 경제를 실현하는 데 도움이 되고 수소 경제를 현실에 더 가깝게 만드는 것으로 기대된다.

• 나트륨 이온 저장을 위한 층상 MnO2에 미리 삽입(pre-intercalated)된 결합제-무(무첨가) 수화 K+ 이온. • HKMO는 3 V의 넓은 전위 범위에서 우수한 전기화학적 특성을 보인다. • DFT 계산 결과, MnO2 매트릭스에 K+ 이온을 삽입함으로써 층간 거리가 증가하였다. • SIS 장치는 우수한 비에너지와 뛰어난 사이클 안정성을 나타낸다. 칼륨 버네사이트(potassium birnessite)는 더 넓은 층간(planar) 간격을 갖는 주목할 만한 재료로, 더 많은 전해질 이온을 수용하여 전반적인 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 K0.46Mn2O4(H2O)1.4(HKMO) 나노시트를 탄소 섬유(CC) 위에 하나의 단계(one-step) 수열(hydrothermal) 공정으로 균일하게 성장시킨 상호 연결된 메조다공성 네트워크로 제어 합성하였다. 구체적으로, 100 °C에서 12 h 동안 합성한 HKMO 시료(100@HKMO-12 h)는 큰 비표면적을 갖는 메조다공성 형태를 나타냈다. 결합제-무 100@HKMO-12 h 전극은 1 M NaClO4/아세토니트릴(acetonitrile) 전해질에서 3 V의 넓은 전위 범위에 걸쳐 최대 비정전용량 255 F g−1 (323 F cm−3 )을 보였다. DFT 연구는 K+ 이온의 MnO2 매트릭스 삽입에 의해 층간 거리가 증가함을 입증하였다. 바데어 전하 분석(Bader charge analysis)에서는 정상 버네사이트(normal birnessite)와 비교하여 층간 영역에서 K-버네사이트의 12.09 |e| 전하 차이가 나타났으며, 이는 MnO2 매트릭스의 층간 영역 증가를 뒷받침한다. 특히 증가된 층간 거리는 Na+ 이온의 신속한 삽입/탈삽입(intercalation/deintercalation)을 촉진하고, 더 넓은 전위 창(window)에서 가역적 패러데이성 의사축전지 반응(faradic pseudocapacitance reaction)이 일어나도록 하였다. 또한 100@HKMO-12 h 전극을 이용해 제작한 대칭 전지(symmetric full-cell)는 2 V의 넓은 전압 범위를 갖고, 최소 비출력 556 W kg−1 (349 W cm−3 )에서 최대 비에너지 43 Wh kg−1 (28 Wh cm−3 )를 전달하였다. 더불어, 장치는 5 A/g의 전류 조건에서 연속적인 10,000번의 충·방전 사이클 후에도 축전용량 유지율이 약 94 %로 우수하여, 차세대 나트륨 에너지 저장 장치의 유망한 후보임을 시사한다.

유기금속 삼할라이드 페로브스카이트 흡수층을 기반으로 한 전(全) 고체상 태양전지는 이미 전력변환효율(PCE) 25%를 초과하는 우수한 성능을 달성했으며, 추가적인 개선을 통해 27%까지의 향상이 기대된다. 현재 페로브스카이트 태양전지(PSC) 연구는 상용화를 향해 나아가고 있다. 이러한 유망한 태양전지의 상용화를 위해서는 장기 안정성, 대면적 제작 공정, 그리고 Pb(납) 관련 유해 물질과 같은 일부 기술적 문제를 해결할 필요가 있다. 또한 플라스틱 기판을 사용하는 유연 페로브스카이트 태양전지는 휴대용 전기 충전기, 전자 섬유, 그리고 대규모 산업용 지붕과 같은 틈새 응용 분야에서 활용될 수 있다. 본 발표는 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 촉진하기 위한 우리의 최근 연구 노력을 다룬다. 예를 들어, Pb를 포함하는 페로브스카이트 층의 재생 과정뿐만 아니라 Au 전극 및 투명 전도성 산화물 유리의 재활용 공정을 포함하는 페로브스카이트 태양전지의 재활용 기술을 소개한다. 아울러 대면적 페로브스카이트 모듈을 구현하기 위한 단순한 제작 기술을 제시하고, 고효율 모듈 달성을 위한 최근의 노력을 소개할 예정이다. 마지막으로 초유연 페로브스카이트 셀과 관련된 최근의 흥미로운 결과에 대해 논의할 것이다.