국내 연구팀이 손을 씻거나 팔을 흔드는 수준의 일상 동작만으로 전기를 만들어내는 고효율 나노발전기를 개발했다.
포스텍 조길원 화학공학과 교수팀은 이승구 울산대 나노에너지화학과 교수, 이기원 광운대 화학공학과 교수연구팀과 공동으로 실리콘과 불소 탄성체를 혼합한 도미노 구조의 마찰 전기 나노발전기를 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.
마찰 전기란 두 물체가 접촉하고 분리될 때 전자가 이동하는 현상으로, 이를 활용한 마찰 전기 나노발전기(TENG)는 사람의 움직임이나 바람 등 일상 속 기계 에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 소자 크기가 작고 유연하고 얇게 만들 수 있어 전자 피부, 헬크세어 등 다양한 분야에서 휴대용 전원으로 주목받고 있다.
연구팀은 기존 TENG는 에너지 변환 효율이 아직 상용화 수준까지 오르지 않았고 접촉 면적, 변형성에서 아직 개선의 여지가 있다고 설명했다. 이에 연구팀은 도미노가 작은 힘으로도 쓰러지는 것처럼 외부의 힘으로 쉽게 변형되는 마이크로미터(㎛) 규모의 도미노 구조를 고안했다. 얇고 길쭉하면서도 한쪽 면은 넓은 구조 덕분에 기존 TENG보다 접촉 면적이 넓고 유연하다.
연구팀은 실리콘 탄성체와 불소가 포함된 고분자 탄성체를 혼합해 TENG 소자를 제작해 물방울이 표면에 달라붙지 않고 도미노 구조를 따라 쉽게 굴러가도록 했다. 물방울 하나로도 전기를 효율적으로 생산할 수 있게 된 셈이다. 또 오염 물질이 잘 붙지 않아 깨끗한 상태를 오래 유지할 수 있다.
연구팀은 개발한 TENG를 활용해 바람과 빗방울로 전기를 만드는 '인공 나뭇잎 발전기'와 손 씻기 등 일상의 간단한 동작으로 전기를 생산하는 손목 밴드를 제작하는 데 성공했다고 밝혔다.
조길원 교수는 "물이나 바람을 활용해 높은 효율로 전기를 생산할 수 있어 비바람이 잦은 지역에서 태양 전지를 대체할 가능성이 크다"며 "웨어러블 기기에 적용하면 충전이 필요없는 웨어러블 전자기기 시대를 열 수 있을 것"이라고 기대했다.
이번 연구결과는 지난 3월 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 공개되고 최근 온라인판 표지 논문으로 선정됐다.
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