늘이고 접어서 전기 생산.. '정전기 웨어러블' 기대

어떤 형태든 변형하면 스스로 전기 생산
새로운 정전기 소재 원천기술 개발

-연구팀의 신축 정전기 발생소재는 늘림과 굽힘의 물리적 형태변형시 320 V의 출력 전압과 45 μA의 출력전류를 발생시켰다. 외부의 배터리 연결 없이 20개 이상의 LED를 각 형태변형에서 구동하기도 했다.

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 사람의 움직임으로 전기를 생산하는 소재를 개발했다. 사람의 움직임으로 일어나는 정전기를 최대한 크게 일으키는 기술로, 향후 웨어러블 기기의 전원으로 정전기를 활용하는 것도 가능해질 것으로 예상된다.

늘리거나 구부리면 전기 생산

구조 모식도와 실제 단면 사진

이수연, 최영민 한국화학연구원 박사의 연구팀은 늘리고 굽히는 등 어떤 형태로 변형해도 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 정전기 소재를 개발했다고 14일 밝혔다. 관련 연구 결과는 에너지 분야 학술지인 ACS 에너지 레터에 표지논문으로 지난달 실렸다.

연구팀은 기존 소재와 달리, 늘리거나 구부려도 구조만 변할 뿐, 전도성은 유지되는 새로운 전극 소재를 개발했다. 이 소재 위에 대전특성이 강한 폴리우레탄폼을 코팅해 두 층을 하나의 물질로 융합했다. 특히 우레탄폼은 올록볼록한 돌기를 형성하도록 해, 늘리거나 구부릴 때 마찰 표면적을 최대화 해서 정전기가 잘 발생할 수 있도록 했다.

연구팀은 이 소재가 늘리거나 구부렸을 때, 기존 소재보다 5배 정도 더 큰 전기를 생산하는 것을 확인했다고 밝혔다. 늘림 형태변형시 60 V의 출력 전압이 나왔으며 늘림과 굽힘 형태변형시 320 V의 출력전압이 발생했다. 또 각각의 형태 변형시 발생한 에너지의 저장속도 비교 했을 때 늘림과 굽힘 형태 변형시 더 많은 전기 에너지가 생산됨을 확인했다. 이어 전기를 최대한 많이 생산할 수 있는 값도 산출했다.

웨어러블, 사물인터넷의 전원으로 활용 가능

작동 원리 모식도

연구팀은 개발한 소재를 스마트 워치, 헬스케어 밴드 등 웨어러블 기기 뿐만 아니라 사물인터넷(IoT)의 자가발전 센서 등에 핵심 소재로 활용될 수 있을 것이라고 기대했다.

이수연 박사는 "이번에 개발한 고출력 에너지 발전소재는 마찰대전 특성이 큰 고분자 소재를 다양한 형태변형이 가능할 수 있도록 새롭게 디자인 해, 기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다"라며 "관련 기술은 우리나라와 미국, 유럽, 중국에 특허권리를 확보하거나 확보 중"이라고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr