신발에서 발생하는 마찰열로 '전기' 만든다

DGIST 김회준교수팀, 친환경소재로
고효율 '마찰전기 나노발전기' 개발

김회준(왼쪽) 교수와 연구진. [DGIST 제공]

신발에서 발생하는 마찰열로 ‘전기’를 만들수 있는 기술이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 김회준 교수팀은 금속유기골격체(MOF)를 탑재한 마찰전기 나노발전기를 개발했다고 7일 밝혔다.

친환경적인 소재인 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 이용해 개발된 금속유기골격체는 골격체 내부에 다양한 화학물질을 탑재할 수 있는 능력도 함께 갖춘 소재로, 향후 이를 활용해 새로운 개념의 나노발전기 제작에 큰 영향을 줄 것으로 보인다.

화석연료나 핵연료 같은 현재 주요 에너지원들은 자원고갈, 환경오염 등 다양한 문제점을 갖고 있다. 따라서 자연에서 버려지는 기계, 열, 태양 에너지를 전기에너지로 전환하는 기술에 관심이 높다. 그 중에서도 기계적 에너지를 전기에너지로 전환하는 압전(壓電), 마찰전기 나노발전기는 웨어러블 의료기기, 사물인터넷 센서, 자가발전 전자시스템 등 다양한 분야 적용이 기대되는 유망기술이다.

‘마찰전기 나노발전기’는 표면 간 접촉으로 발생하는 마찰전기 대전현상과 정전기적 유도현상을 바탕으로 전기적 에너지를 생성한다. 하지만 기존 장치의 효율성을 위해 사용해온 세라믹 나노 복합재료는 환경문제와 생체적용에 적합하지 않다는 한계점이 있어왔다.

연구팀은 사이클로덱스트린 소재의 금속유기골격체를 이용해 만든 3개의 마찰전기 나노발전기판들을 서로 연결시킨 Z모양의 유연한 나노발전기를 제작했다. 제작된 나노발전기는 가방이나 신발과 같은 사물이나 신체 부위에 고정, 움직임이 발생할 때 3개의 나노발전기판이 서로 유연하게 접혀 발생하는 마찰에너지를 전기에너지로 전환, 에너지를 저장한다. 이렇게 저장된 에너지는 계산기, 손목시계 같은 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분해 향후 다양한 활용이 기대된다.

김회준 교수는 “단순히 발전기소자만을 개발하는 것에 멈추지 않고 실제 응용분야에 맞는 소자 개량을 통해 실생활에서 사용가능한 나노발전기 개발을 목표로 연구를 계속할 것다”이라고 말했다.

이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 4월 19일 온라인 게재됐으며, 7월 발간예정인 저널 표지논문으로 선정됐다. 구본혁 기자

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