어떤 형태로 변형해도 전기 생산
[충청매일 양병훈 기자] 한국화학연구원은 이수연·최영민 박사 연구팀이 접거나 늘리는 등 어떤 형태로 변형해도 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 정전기 자가발전 소재를 개발했다고 14일 밝혔다.
정전기를 이용한 자가발전 소재는 일반적으로 대전특성(물체가 전하를 띄는 성질)을 가진 서로 다른 두 가지 물질이 닿았다 떨어지거나 마찰할 때 생기는 전하의 이동으로 전기를 생산한다.
기존 소재들은 주로 변형이 없는 형태에서 마찰만 시켜 정전기를 발생하는 방식으로 전기를 생산해 웨어러블 기기 적용에 한계가 있었다. 늘어나는 기존 소재도 많은 양의 전기를 발생시키지는 못했다.
이번에 화학연 연구팀은 늘리거나 구부려도 소재 자체의 전도성은 변하지 않고 기하학적인 구조만 변하는 새로운 전극 소재층을 개발하고 그 위에 대전특성이 강한 폴리우레탄폼을 표면에 코팅해 두 층을 하나의 물질로 융합했다.
표면에 코팅한 우레탄폼은 올록볼록한 돌기로 형성해 늘리거나 구부릴 때 마찰 표면적을 최대화시켜 정전기가 잘 발생할 수 있도록 했다.
특히 이 기술은 형태 변형이 늘림 하나만 일어났을 때보다 늘림과 구부림을 동시에 가했을 때 5배 더 많은 전기를 생산해내는 것으로 나타났다.
신체 관절이 늘림과 굽힘이 동시에 일어난다는 것을 고려하면 웨어러블 기기로의 적용에 매우 적합하다.
연구진은 늘리거나 굽히는 정도에 따라 생산되는 전기의 양도 산출해 냈다. 연구결과는 에너지 분야 권위지 ‘ACS Energy Letters’에 지난달 표지논문으로 게재됐다.
개발된 신소재는 4차 산업혁명 시대에 필수적인 스마트 워치, 헬스케어 밴드 등 웨어러블 기기 뿐만 아니라 사물인터넷(IoT)의 자가발전 센서 등에 핵심 소재로 활용될 수 있다.
연구팀은 고효율 슈퍼커패시터 소재 개발, 에너지 발생과 저장이 통합된 모듈 개발 등 후속 연구를 진행하고 있다.
이수연 박사는 “이번에 개발한 고출력 에너지 발전소재는 마찰대전 특성이 큰 고분자 소재를 다양한 형태변형이 가능할 수 있도록 새롭게 디자인했다”며 “기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다”고 말했다.