전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가

한치환

한치환은고려대학교화학과를졸업한후동대학원에서석사,박사학위를취득하였다.프랑스보르도1대학에서박사후과정을하였고2003년부터한국에너지기술연구원에서책임연구원으로근무하고있다.
한국에너지기술연구원에서수여하는우수기술상,우수논문상,우수직원상을수상하였고,2018년에는미국캘리포니아애너하임에서개최된‘테크커넥트월드2018(TechConnectWorld2018)’행사에서이노베이션어워드(InnovationAward)를수상하였다.
과학기술연합대학원대학교(UST)의전임교수로전기화학기기에대한강의를하고있으며,한국전기화학회광전기화학분과회장을맡고있다.리튬이온전지,염료감응태양전지,전기변색유리등다양한전기화학기기를연구하였고최근햇빛을받으면자동으로색이변하는스마트유리를개발하여기업과공동으로상용화를추진중에있다.

들어가며ㆍ7

1장|에너지혁명
1.재생에너지와스마트그리드ㆍ18
2.분산에너지와제로에너지하우스ㆍ29
3.재생에너지와원격조정?자율주행시스템ㆍ43
4.블록체인과신재생에너지ㆍ48
5.생체보조로봇과바이오배터리ㆍ56
6.화석에너지를대체할인공광합성ㆍ62
7.인공지능과에너지전환ㆍ71

2장|전화기
1.최초의전지:볼타전지ㆍ80
2.건전지:세고오래가는알칼라인망간전지ㆍ89
3.최초의충전가능한전지:납축전지ㆍ94
4.리튬전지:왜리튬인가?ㆍ99
5.휴대전화를휴대전화답게:리튬이온전지ㆍ105
6.전기자동차용리튬이온전지ㆍ114
7.염료감응태양전지:광전기화학형태양전지ㆍ126
8.창문에서전기를생산하는염료감응태양전지모듈ㆍ134
9.똑똑한유리창:스마트윈도ㆍ139
10.수소로전기를생산하는연료전지ㆍ145
11.수소와산소를생산할수있는광전기화학전지ㆍ155
12.에너지밀도가월등히높은금속공기전지ㆍ160
13.대규모전력저장을가능케하는레독스흐름전지ㆍ167
14.출력특성이좋은슈퍼캐퍼시터ㆍ175

마치며ㆍ181
후기ㆍ187

부록|이공계전공학생을위한기본개념
1.전도체의일함수ㆍ192
2.산화환원반응과산화제,환원제ㆍ196
3.표준수소전극과기준전극ㆍ199
4.산과염기ㆍ202
5.전기와자기및유도전류ㆍ206
6.반도체물질의밴드이론ㆍ211

더이상환경을파괴할수는없다
인간이인류에게편리한물건을만들수록지구의자연은파괴되고있다.도로만있으면자동차를타고어디든빠르게달려갈수있게되었지만이자동차에사용되는화석연료때문에대기는계속오염되고있고지구온난화도빠르게진행되고있다.지구의푸르름을온전하게누리며살수없는시대가된것이다.편리하면서도환경에부정적인영향을미치지않는에너지를개발하고사용해야할때가되었다.
최근국내연구진이물에빛을쪼여수소를분해할수있는광촉매의효율을엄청나게높인새로운촉매를개발했다.이름하여단원자구리?이산화티타늄촉매를세계최초로개발한것이다.
기존에는수소를분해할때값비싼백금이나이산화티타늄광촉매를사용했다고한다.비용이많이들수밖에없는구조였다.하지만이번에개발된촉매는값싼구리와티타늄을사용해원재료비용이거의들지않을정도가되었으며이전에사용하던광촉매보다1.5배뛰어난성능을보인다.성능과저렴한가격이라는두마리토끼를모두잡은셈이다.
아직이광촉매를이용한수소생산규모는실험실에서생산하는수준에그치지만이후다양한산업에적용하고상용화가되면대기오염과지구온난화를일으키는화석연료자동차에서수소차로의전환이더빠르게진행될것이다.

전기화학기기,환경보호와미래발전이라는두마리토끼를모두잡다
이러한광촉매의물분해현상은혼다-후지시마효과(Honda-Fusishinaeffect)라고도부르는데,1967년에처음증명된이후이후염료감응태양전지,광전기화학전지,인공광합성등의기술로응용되었다.여기서태양빛으로전기를생산할수있는염료감응태양전지와수소와산소를생산할수있는광전기화학전지가이책,『전화기는어떻게세상을바꾸는가』의주인공전기화학기기(이하전화기)이다.이외에도햇빛의강도에따라색이변해투과율을조절할수있는전기변색소자,물을분해하여수소를생산하는수전해기,하이브리드자동차에장착하면순간적인출력을높여주는슈퍼캐퍼시터,금속을교체하면전력을생산할수있는금속공기전지등의다양한전화기가있으며지금도계속해서개발되고있다.
화석에너지의대체에너지로크게전기에너지와최근큰발전을이룬수소에너지가꼽힌다.그런데공교롭게도전기자동차에들어가는전지와수소자동차안에들어가는연료전지가모두전화기에속한다.특히전지는전화기의대표격이라고할수있다.결국청정에너지를만들어대기오염문제와지구온난화를동시에해결할수있는대안이바로전화기인셈이다.전화기가우리의미래에서얼마나중요한자리를차지할지가늠할수있는대목이다.
『전화기는어떻게세상을바꾸는가』는이처럼더밝은미래를만들고준비하는데도움을주는책이다.미래를예측하는일은어렵지만『전화기는어떻게세상을바꾸는가』가이야기하는바를따르다보면미래의우리가어떻게살아갈지조금이나마예상할수있을것이다.그리고그미래는환경보호와발전이라는두마리토끼를모두잡은미래일것이다.