Enhancing the Performance of Graphene Oxide-based Hydrovoltaic Generators via Phosphoric Acid Incorportation

본 연구는 산화 그래핀(GO: graphene oxide)와 인산(H₃PO₄)의 시너지를 이용한 고성능 하이드로볼타익 발전기를 제안한다. GO는 풍부한 산소 작용기를 통해 우수한 친수성과 이온 흐름 경로를 제공하지만, 단독 사용 시 낮은 양성자 전도도와 흡습 한계로 출력이 제한된다. 이에 본 연구에서는 강한 흡습성과 양성자 공여 능력을 지닌 인산을 GO에 첨가하여 성능 향상을 도모하였다. 딥 코팅 공정으로 한지 위에 GO/A 복합체를 형성하고, 인산 농도(0.1, 0.25, 0.5 mL)를 변수로 하여 출력 성능을 최적화하였다. 라만 분석 결과, ID/IG비율은 순수 GO에서 0.670이었으나 GO/A(0.25)에서 0.752로 최대치를 보여, 적정량의 인산이 결함을 효과적으로 도입하였음을 확인하였다. 최적화된 GO/A(0.25) 소자는 향상된 출력 전압 0.67 V, 출력 전류 7.19 ㎂, 최대 출력 4.84 ㎼를 기록하였으며, 이는 순수 GO 대비 전압 약 1.6배, 전류 약 4.5배, 출력 약 7.5배 향상된 수치이다. 또한 4단 직렬 연결을 통해 2.4 V의 출력을 성공적으로 달성하였으며 이를 통해 저전력 기기 구동이 가능해 질 것이라 예상된다. 결과적으로 인산의 흡습성과 양성자 전도성은 GO 기반 발전기의 출력 향상시키는 핵심 기제로 작용함을 입증하였으며, 본 연구는 자가 전원형 IoT 및 웨어러블 시스템을 위한 친환경 에너지 수확 기술의 가능성을 제시한다.