"체온으로 스마트워치 충전합니다"..KIST, 원천기술 확보

체온과 대기와의 온도 차를 이용하여 전기를 생산하고 이를 전자기기를 동작하는 데 활용할 수 있다. 해당 그림에서는 적색 LED를 동작시켰다. /자료=KIST

체온과 대기의 온도차를 활용해 웨어러블 기기를 충전할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 3일 "전북분원 복합소재기술연구소 김진산 분원장 연구팀이 체온을 이용해 반영구적으로 전기를 생산할 수 있는 고효율 유연 열전소자를 개발했다"고 밝혔다.

열전소자는 양 끝의 온도 차를 이용해 전기를 생산할 수 있는 전기 소자다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 열전소자는 딱딱한 세라믹 기판이 소자 내 열전반도체를 받치고 있는 구조여서 굴곡이 있는 곳에 활용이 어려웠다. 기존에 개발된 유연 열전소자는 열전도도가 높아 열 차단 능력이 떨어진다.

/자료=KIST

연구팀은 열 차단 능력이 확보된 유연 열전소자 개발을 위해 설탕을 활용했다. 각설탕 위에 실리콘 화학물 액체를 부어 굳힌 후 물에 설탕을 녹여 없애 스펀지 형태의 고분자 소재를 제작했다. 설탕이 있던 자리에 미세한 공기방울이 생기면서 열 차단 능력이 기존 소재보다 50% 이상 높아졌다.

열 차단 능력이 향상되면서 열전소자의 성능도 기존 소재보다 20% 이상 개선됐다. 현재 상용화돼 있는 열전소자와 동일한 수준이다.

연구팀은 개발된 유연 열전소자를 인체에 부착한 뒤 체온과 대기의 온도차를 이용해 전력을 생산하는 데 성공했다. 실용화되는 경우 스마트워치, 모바일 헬스케어 기기 등을 별도의 전력공급 없이 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

김진상 분원장은 "각설탕에 용액을 부어 굳히기만 하면 되는 값싸고 간단한 공정을 통해 유연 열전소자의 효율을 상용 열전소자 수준으로 끌어올렸다"며 "충분한 양의 열전소자를 활용하면 체온만으로 스마트 밴드 구동도 충분히 가능할 것"이라고 설명했다.

KIST 정성진 박사후연구원, 신준철 박사후 연구원이 제 1저자로, 김진상 책임연구원이 교신저자로 참여한 이번 연구 논문은 국제학술지 나노 에너지(Nano Energy) 3월호에 게재됐다.

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한고은 기자 doremi0@mt.co.kr

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