전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가

들어가며 · 7

1장 | 에너지 혁명
1. 재생에너지와 스마트 그리드 · 18
2. 분산에너지와 제로에너지 하우스 · 29
3. 재생에너지와 원격조정·자율주행 시스템 · 43
4. 블록체인과 신재생에너지 · 48
5. 생체 보조 로봇과 바이오배터리 · 56
6. 화석에너지를 대체할 인공 광합성 · 62
7. 인공지능과 에너지 전환 · 71

2장 | 전화기
1. 최초의 전지: 볼타전지 · 80
2. 건전지: 세고 오래가는 알칼라인 망간전지 · 89
3. 최초의 충전 가능한 전지: 납축전지 · 94
4. 리튬전지: 왜 리튬인가? · 99
5. 휴대전화를 휴대전화답게: 리튬이온전지 · 105
6. 전기자동차용 리튬이온전지 · 114
7. 염료감응 태양전지: 광전기화학형 태양전지 · 126
8. 창문에서 전기를 생산하는 염료감응 태양전지 모듈 · 134
9. 똑똑한 유리창: 스마트 윈도 · 139
10. 수소로 전기를 생산하는 연료전지 · 145
11. 수소와 산소를 생산할 수 있는 광전기화학전지 · 155
12. 에너지 밀도가 월등히 높은 금속공기전지 · 160
13. 대규모 전력 저장을 가능케 하는 레독스흐름전지 · 167
14. 출력 특성이 좋은 슈퍼 캐퍼시터 · 175

마치며 · 181
후기 · 187

부록 | 이공계 전공 학생을 위한 기본 개념
1. 전도체의 일함수 · 192
2. 산화환원반응과 산화제, 환원제 · 196
3. 표준수소전극과 기준전극 · 199
4. 산과 염기 · 202
5. 전기와 자기 및 유도전류 · 206
6. 반도체 물질의 밴드이론 · 211

이산화탄소 배출을 줄이려면 전기자동차나 연료전지 자동차가 활성화되어야 합니다. 그런데 공교롭게도 전기자동차의 핵심인 전지(배터리)와 연료전지 자동차의 핵심인 연료전지 모두 전기화학기기(전화기)입니다. 이외에도 수많은 전기화학기기, 예를 들어 태양빛으로 전기를 생산할 수 있는 염료감응 태양전지, 햇빛의 강도에 따라 색이 변해 투과율을 조절할 수 있는 전기변색 소자, 물을 분해하여 수소를 생산하는 수전해기, 하이브리드 자동차에 장착하면 순간적인 출력을 높여주는 슈퍼 캐퍼시터, 금속을 교체하면 전력을 생산할 수 있는 금속공기전지 등이 미래 청정에너지와 관련이 있습니다. 대기오염 문제와 지구 온난화를 동시에 해결할 수 있는 대안이 바로 전화기(전기화학기기)인 것입니다.

제레미 리프킨은 저서 『3차 산업혁명』에서 3차 산업혁명의 핵심을 다음의 다섯 가지로 요약했습니다.

⑴ 재생 가능 에너지로 전환한다.
⑵ 건물에 재생 가능 에너지를 도입하여 에너지 생산과 소비를 효율적으로 한다(미니 발전소).
⑶ 수소 저장 기술, 전력 저장 기술을 보급하여 불규칙적으로 생산되는 에너지를 보존한다.
⑷ 인터넷 기술을 활용하여 각 대륙 간 동력 그리드를 인터넷과 동일한 원리로 작동하는 에너지 공유 인터그리드로 전환한다.
⑸ 교통수단을 전기자동차 및 연료전지 차량으로 교체하고 양방향 스마트 동력 그리드 상에서 전기를 사고팔 수 있게 한다.

즉 이 책에서 다루는 전기화학기기 및 재생에너지와 스마트 그리드가 3차 산업혁명의 핵심이라는 말입니다.

재생에너지경제는 석유경제와 크게 다른 점이 있습니다. 석유경제가 한 곳에서 집중적으로 원유를 정제하여 필요한 곳에 분배하는 대량생산체계라면 재생에너지경제는 여러 곳에서 분산해서 생산하고 분산 소비하는 분산에너지체계입니다. 에너지를 생산하는 주체도 정부나 대기업에서 개인으로 바뀝니다. 그런데 자기가 생산한 에너지만 소비하라는 법은 없습니다. 태양빛이 좋아서 소비량보다 많은 전기를 생산할 경우 필요한 다른 가구에 보내 사용하게 할 수 있습니다. 말하자면 에너지를 거래하는 것이지요. 거래를 하려면 신용 있는 화폐가 필요합니다.