‘늘리고 굽히면 전기 생산’…화학연, 신개념 정전기 소재 개발
‘늘리고 굽히면 전기 생산’…화학연, 신개념 정전기 소재 개발
  • 김동수 기자
  • 승인 2020.12.14 13:57
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‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 11월호 전면 표지. (한국화학연구원 제공)/그린포스트코리아
‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 11월호 전면 표지. (한국화학연구원 제공)/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 김동수 기자] 국내 연구진이 어떤 형태로 변형해도 스스로 전기를 생산할 수 있는 새로운 정전기 소재를 개발했다. 스마트 워치, 헬스케어 밴드 등 웨어러블 기기뿐 아니라 사물인터넷(IoT)의 자가발전 센서 등에 핵심 소재로 활용될 전망이다.

한국화학연구원(이하 화학연)은 이수연, 최영민 박사 연구팀이 늘리고 굽혔을 때 스스로 전기를 출력할 수 있는 정전기 소재의 원천기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

신소재 분야에서는 사람의 움직이는 동작을 전기에너지로 변환할 수 있는 신축성 자가발전 소재들이 많은 주목을 받고 있다. 에너지 하베스팅 소자로 응용될 수 있을 뿐 아니라 웨어러블 전자기기, 사물인터넷(IoT) 무선 센서 등에 활용될 수 있어 전 세계적으로 연구가 진행 중이다.

자가발전 소재는 여러 형태가 연구되고 있는데, 특히 정전기를 이용한 연구가 전 세계적으로 활발하다. 정전기를 이용한 자가발전 소재는 보통 대전특성을 가진 서로 다른 두 가지 물질이 닿았다 떨어지거나 마찰할 때 생기는 전하의 이동으로 전기를 생산한다. 

기존 소재들은 주로 변형이 없는 형태에서 마찰만으로 정전기를 발생하는 방식으로 웨어러블 기기에 적용하는데 한계가 있었다. 늘어나는 기존 소재도 많은 양의 전기를 발생시키 어려웠다.

연구팀은 늘리거나 구부려도 소재 자체의 전도성은 변하지 않고 기하학적인 구조만 변하는 새로운 전극 소재층을 개발했다. 그 위에 대전특성이 강한 폴리우레탄폼을 표면에 코팅해 두 층을 하나의 물질로 융합했다. 이 소재는 표면이 올록볼록해 구부릴 때도 마찰 표면적을 최대화할 수 있어 정전기가 잘 발생한다. 

특히, 이번에 개발된 소재는 늘림과 구부림을 동시에 가했을 때 5배 더 많은 전기를 생산해내는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 늘림과 굽힘이 동시에 일어날 때 320V의 출력전압과 45μA(마이크로암페어)의 출력전류가 발생해 외부 배터리 연결 없이 20개 이상의 LED(발광다이오드)를 구동시켰다.

화학연 이수연 박사는 “이번에 개발한 고출력 에너지 발전 소재는 마찰대전 특성이 큰 고분자 소재를 다양한 형태변형이 가능할 수 있도록 새롭게 디자인해 기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다”며 “관련 기술은 한국·미국·유럽·중국에 특허권리를 확보하거나 확보 중이며 4차 산업혁명에 필수적인 자가발전 소재로 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 ‘ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 11월호 전면 표지논문에 게재됐다. 

kds0327@greenpost.kr



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