눈 깜빡임으로도 전기 생성…초박막 고효율 압전소자 개발

DGIST 연구팀 "원격 의료 진단기기 에너지원 적용 가능"

대구경북과학기술원(DGIST)은 생체친화적 물질을 기반으로 눈 깜빡임 등 작은 인체 움직임을 이용한 고효율 발전 장치를 개발했다고 10일 밝혔다.

최근 원격 의료 시스템의 필요성이 커짐에 따라 생체 신호를 측정하는 센서에 장시간 지속해서 에너지를 공급할 새로운 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히 진동, 압력, 외부 충격 등을 가해 전기 에너지로 변환하는 원리의 발전 방식인 압전 에너지 발전은 물리적 움직임을 통해 친환경적으로 전기를 얻을 수 있다는 장점이 있어 주목받고 있다.

그러나 현재 제작되는 압전 에너지 발전 소자는 성능 극대화를 위해 인체에 유해한 물질을 사용하고 있어 보호막 때문에 소자가 두꺼워 에너지 효율이 떨어지는 단점이 있다.

DGIST 화학물리학과 이성원 교수와 로봇및기계전자공학과 장경인 교수 연구팀은 약 4㎛(마이크로미터)의 초박막 형태로 압전 발전 소자를 제작해 착용자가 불편함을 거의 느끼지 않으면서 높은 효율로 전기 에너지를 얻는 데 성공했다.

이 에너지 발전 소자는 접힐 때나 곡선 표면에서도 일정한 성능을 보이고 약 1만 차례 이상 변형에도 성능 저하 없이 에너지를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

생체친화적 압전 고분자 물질인 ‘PVDF-TrFE’를 사용함으로써 에너지 전환 효율이 18.85%로 세계 최고 수준이며, 이를 통해 일상생활 중 작은 움직임으로 LED 램프를 성공적으로 켤 수 있었다고 연구팀은 밝혔다.

이 교수는 “초박막을 기반으로 개발한 에너지 발전 소자는 동일한 조건의 두꺼운 기판 소자보다 효율이 10배 정도 크다”며 “신개념 에너지 소자로서 무겁고 단단한 배터리를 대체할 가능성을 보여준다”고 말했다.

이번 연구는 지난달 5일 에너지 분야 국제학술지인 ‘나노 에너지'(Nano Energy)에 온라인으로 실렸다.

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