배터리 교체·충전 없는 자율구동 센서 '현실화'

배터리를 교체하거나 충전하지 않고도 센서와 로봇을 구동할 전력기술이 개발됐다.

한국연구재단은 대구경북과학기술원(DGIST) 이주혁 교수 연구팀이 범용 플라스틱(PVC)으로 '이온성 직류 마찰전기 나노발전기(iDC-TENG)'를 개발했다고 3일 밝혔다.

이온성 직류 마찰전기 나노발전기 모식도. 한국연구재단 제공

이온성 직류 마찰전기는 전극 표면에 이온이 축적돼 내부 전기장을 형성하는 원리의 직류 전력 발생 현상을 말한다. 정류회로는 교류(AC) 전력을 직류(DC) 전력으로 변환하는 전자 회로다.

사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기, 스마트 물류 센서 등은 소량의 전력으로도 구동이 가능하지만 배터리 교체와 충전은 부담이 된다.

기존 마찰전기 나노발전기는 기계적 움직임을 전기로 바꿀 수 있었지만, 교류 전력만 생산해 직류로 변환하기 위해선 정류회로가 필요했다.

문제는 이 과정에서 에너지 손실과 구조적 복잡성이 뒤따른다는 점이다. 또 대안으로 제시된 반도체 소재, 절연 파괴, 기계적 스위칭 등은 비용·효율·활용성 측면에서 산업현장에 실제 적용하기에 제약이 있었다.

이에 연구팀은 현장에서 흔히 쓰이는 플라스틱(PVC)에 가소제(고분자 재료에 첨가해 유연·가공성을 높이는 물질)를 첨가해 특성을 조절, 별도의 회로 없이도 직류 전력을 직접 생산할 수 있는 iDC-TENG를 개발했다.

iDC-TENG는 다양한 움직임에도 안정적인 전력공급이 가능한 장점이 있다. 연구팀은 앞으로 환경 내구성 강화, 대면적·직접화 제작 공정 개발, 장시간 안정성 확보를 위한 연구를 이어갈 계획이다.

이 교수는 "이번 연구는 값싼 플라스틱 소재로 직류 전력을 직접 생산하는 세계 최초의 원리를 제시했다는 점에서 학문·산업적 의미를 갖는다"며 "iDC-TENG는 사물인터넷 기기, 웨어러블 전자기기, 자가구동형 센서는 물론 스마트 물류 현장에서도 폭넓게 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr