June 20,2019

정전기 모아 전자기기 충전한다?

나노발전기 개발…간단 공정으로 제작 가능

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국내 연구진이 정전기를 모아 전기를 만드는 나노발전기를 개발했다. 재료로 물과 고분자화합물, 금속 정도만 이용하는 데다 제작 과정도 간단해 상용화도 어렵지 않을 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구단 송현철 선임연구원·강종윤 단장 팀이 경희대 연구진과 함께 이런 발전기를 제작했다고 11일 밝혔다.

나노발전기는 고분자실리콘화합물(PDMS·Polydimethylsiloxane) 스펀지와 금속으로 구성됐다. 흔들거나 주위 진동이 있으면 두 소재가 접촉했다 떨어지기를 반복하는데, 이 과정에서 정전기가 발생하고 이를 모아 전기를 만들 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

발전기를 가로, 세로 2㎝인 크기로 만들었을 때 출력은 875㎼(마이크로와트)를 기록했다. 이 발전기로 온도 감지용 블루투스 무선센서를 구동할 수 있었다.

실리콘화합물 스펀지의 현미경 사진  ⓒ KIST

실리콘화합물 스펀지의 현미경 사진 ⓒ KIST

발전기 내 미세한 기공이 많은 만큼 표면적이 넓어 정전기 발생량이 늘고 출력도 증가한다. 다공성 구조가 아닌 조건과 비교하면 출력은 3.3배 더 높았다.

실리콘 스펀지 속 미세한 기공들은 PDMS에 수증기를 침투시켜 만든다. 이런 공정을 ‘증기캡슐공정’(Vapor Capsulation Casting)이라고 한다. 공정이 간단한 만큼 실리콘 스펀지 제작에 10분이 채 걸리지 않는다. 기존 공정으로는 수 시간이 걸렸다. 재료가 물과 고분자화합물, 금속 등인 만큼 연구진은 생산 비용도 낮을 것으로 추정하고 있다.

증기캡슐공정  ⓒ KIST

증기캡슐공정 ⓒ KIST

송현철 연구원은 “쉽고 간단한 공정으로 다공성 구조를 제작했다는 데 의의가 있다”며 “기존의 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

강종윤 단장은 “이번 결과가 센서 네트워크의 자가발전 구현에 핵심 역할을 수행하기를 기대한다”고 밝혔다.

연구결과는 국제학술지 ‘나노에너지’(Nano Energy) 5월 3일 자에 실렸다.

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