배터리를 교체하거나 충전하지 않아도 웨어러블 기기를 구동할 수 있는 나노발전기 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 대구경북과학기술원(DGIST) 이주혁 교수 연구팀이 전자 회로 없이도 안정적으로 직류 전력을 공급할 수 있는 '이온성 직류 마찰전기 나노발전기'를 개발했다고 3일 밝혔다.

최근 사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기, 스마트 물류·헬스케어 센서 분야에서 저전력 전자기기에 대한 수요가 급증하고 있지만, 배터리 교체와 충전이 필요해 근본적인 대안이 요구된다.

운동 중 신발과 바닥 사이에 발생하는 정전기 등 일상생활에서 버려지는 마찰 전기를 이용한 나노발전기가 주목받고 있지만, 교류 전력(AC)을 직류 전력으로 변환하는 전자 회로가 필요해 구조가 복잡해지고 에너지 손실이 발생하는 한계가 있다.

연구팀은 값싸고 안정적인 플라스틱(PVC) 소자에 가소제를 첨가하는 방법으로 특성을 조절, 별도의 회로 없이도 직류 전력을 안정적으로 생산할 수 있는 새로운 소자를 구현했다.

전하 확산과 함께 전극 표면에 이온이 쌓이면서 내부에 전기장이 만들어지는 전극 분극 현상이 직류 전력을 발생시키는 원리다.

최적의 조건에서 수십에서 수백 ㎽/㎡(제곱미터당 밀리와트) 수준의 높은 출력을 안정적으로 발생시킬 수 있으며, 발광다이오드(LED) 250개를 켜는 실험을 성공적으로 수행했다.

이주혁 교수는 "값싼 플라스틱 소재를 활용해 직류 전력을 직접 생산하는 원리를 최초로 제시했다"며 "앞으로 환경 내구성 강화, 대면적 제작 공정 개발, 장시간 안정성 확보 등 후속 연구를 진행할 계획"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난달 29일 자에 실렸다.