국내 연구진이 전해질 없이도 작동하는 전기변색소자를 개발했다. 전해질 없이 작동하게 되면 스마트 윈도우나 디스플레이 등에 다양하게 쓰이는 전기변색소자의 구조를 단순화할 수 있을 것으로 기대된다.

성균관대 화학과 이효영 교수와 황은희, 서소현 연구팀이 수행한 이번 연구결과는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구) 및 한국전자통신연구원 등의 지원으로 수행되었고 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머터리얼스지(Advanced Materials) 6월 2일자 온라인판에 게재되었다. (논문명 : An Electrolyte-free Flexible Electrochromic Device Using Electrostatically Strong Graphene Quantum Dot-Viologen Nanocomposites)

전기신호에 의해 색깔이 변하는 전기변색물질의 안정성을 높이기 위해 화학 작용기의 첨가나 구조변화 등 다양한 시도가 이뤄지고 있다.

특히 널리 쓰이는 비올로겐의 경우 끝부분을 화학적으로 변형시키거나 다른 변색물질을 전극에 추가하는 방식으로 안정성을 향상시켰으나 소자 제작시 전해질이 반드시 필요하다는 것이 단점이었다.

연구팀은 비올로겐에 그래핀 양자점을 접목, 전해질 없이도 안정적인 전기변색성을 띠는 복합재료를 개발해냈다.

전자전달을 매개하는 전해질의 역할을 양자점이 대신해 전기변색소자의 구조를 단순화할 수 있는 단초가 될 것으로 기대된다.

또 그래핀 양자점이 비올로겐의 전기화학적 안정성을 도와 전체적으로 복합재료의 안정성도 높아진다는 설명이다.

실제 개발된 복합재료를 이용하여 적용한 전기변색소자는 고온(80℃)이나 휘어진 상태에서도 안정적인 것으로 나타났다.

향후 연구팀은 완벽하게 휘어지면서 작동성능이 저하되지 않도록 전기변색소자 전극표면에 변색물질을 안정되게 고정하는 기술을 개발한다는 계획이다.

이 교수는 “향후 정전기적 힘으로 강하게 결합된 그래핀 양자점과 비올로겐 복합재료를 전극에 고정화하면 전해질이 필요 없어져 휘어지는 전기변색소자의 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.