구글, 삼성전자 등 유수의 회사들이 몸에 착용하는 웨어러블(wearable) 전자기기 개발에 열을 올리고 있지만, 전력공급 문제가 상용화의 걸림돌로 작용하고 있다.

전자기기 작동에 필요한 배터리를 자주 교체하거나, 크고 무거운 배터리를 지니고 다녀야 하기 때문이다.

미래창조과학부는 한국과학기술원(카이스트) 전기 및 전자공학과 조병진 교수팀이 체온을 이용해 전력을 생산하는 ‘입을 수 있는 열전소자’를 개발했다고 7일 밝혔다.

기존 상용 열전소자는 세라믹 기판을 이용하기 때문에 단단하고 휘어지지 않으며, 무겁고, 에너지 효율이 낮아 웨어러블 전자기기에 적용하기가 어려웠다.

반면 연구팀이 개발한 열전소자는 유리섬유를 사용하기 때문에 의류 형태로 자유롭게 가공할 수 있고, 무게가 가벼우며, 전력생산 효율도 높다. 전력생산 능력은 기존 세라믹 기판 소자의 14배에 이른다.

열전소자는 소자 양단의 온도 차를 이용해 열에너지를 전기에너지로 변환하는 소자다. 이번에 개발한 열전소자를 팔에 두르는 가로·세로 각 10㎝의 밴드 형태로 제작한다면, 외부 기온이 20℃로 체온과 약 17℃ 차이가 날 때 약 40mW의 전력을 생산할 수 있다. 이 정도 전력은 웬만한 반도체 칩을 구동할 수 있는 수준이다.

이 유리섬유 소자로 가로 50㎝, 세로 100㎝의 면적으로 상의를 만들어 입으면 약 2W의 전력이 생산돼 휴대전화를 사용할 수도 있다.

연구팀은 “이번에 개발한 열전소자를 이용하면 인체에서 발생하는 열을 이용해 전력을 생산함으로써 배터리 걱정 없이 반영구적으로 웨어러블 전자기기를 이용할 수 있다”고 설명했다.

이 열전소자는 대면적 소자로 제작하기가 쉽고 대량생산에 유리해 웨어러블 전자기기의 핵심 전력공급원으로 사용될 가능성이 크다. 또 웨어러블 전자기기뿐 아니라 자동차, 공장, 항공기, 선박 등 폐열이 발생하는 다양한 곳에 적용할 수 있다.

미래부의 ‘기반형융합연구사업’으로 수행된 이번 연구의 결과는 에너지 환경 분야의 권위지인 ‘에너지 & 환경 과학’(Energy & Environmental Science)에 지난 14일 온라인 속보로 게재됐다.