DGIST·한기대, 투명하고 유연한 에너지 발전 소자 개발

차세대 전원 공급장치·촉각 터치센서 활용 기대

폴리염화비닐 겔을 이용한 에너지 발전소자(왼쪽)와 촉각센서. ( DGIST 이주혁 교수 제공)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 국내 연구진이 건축 자재로 쓰이는 폴리염화비닐(PVC) 고분자 겔을 응용해 마찰전기 나노발전기를 구현하는 데 성공했다.

3일 한국연구재단에 따르면 대구경북과학기술원(DGIST) 이주혁 교수 연구팀이 한국기술교육대 배진우 교수 연구팀과 협력해 투명하고 신축성 있는 고분자 겔 단일층으로 구성된 마찰전기 나노발전기를 개발했다.

이는 에너지 발전 소자로써 기계적 에너지를 수확할 수 있을 뿐 아니라 전극 그리드 패턴 없이도 임의의 위치를 터치하면 그 위치를 감지할 수 있는 촉각센서로도 구현 가능했다.

최근 웨어러블, 스트레처블 전자기기의 다양화로 신축성 있는 전자기기를 구현하려는 시도가 활발해지며 이에 대한 전원 공급장치 개발 또한 속도감 있게 진행되고 있다.

특히 마찰전기 나노발전기는 압력, 진동, 풍력 등의 버려지는 에너지를 수확 전기에너지로 변환할 수 있는 소자로써 전원 공급 장치로의 활용 가능성에 대해서도 주목을 받고 있다.

하지만 기존의 마찰전기 나노발전기는 기판, 전극, 유전소재 등 최소 2가지 이상의 층으로 이루어져 있어 두께가 두꺼울 뿐 아니라 유연성이나 투명성에 제한이 있으며 제작 공정도 복잡했다.

이에 연구팀은 플라스틱을 유연하게 만들어주는 물질인 가소제가 포함된 폴리염화비닐 겔을 사용해 투명하면서도 매우 잘 늘어나는 한 개 층의 고출력 마찰전기 나노발전기 개발에 성공했다.

이는 기계적 에너지를 전기에너지로 효율적으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 접촉에 의한 에너지 발전 효율도 향상된다는 것을 입증했다.

또 촉각센서의 위치 감지를 위해 필수적인 전극 그리드 패턴 없이도 접촉 거리에 따라 마찰전기 출력이 변하는 특성을 활용, 접촉한 위치나 압력 등의 감지가 가능한 촉각센서로의 활용 가능성을 보였다.

연구팀은 개발한 에너지 발전 소자가 투명하고 잘 늘어나는 특성이 있어 미래 유연전자소자의 에너지원으로 활용 가능성을 기대하고 있다.

특히 구조적으로 간단해 공정 비용을 낮출 수 있어 향후 지속적인 연구를 통해 AR·XR 등 가상현실, 전자스킨, 웨어러블 장치 관련 분야에도 적용 가능할 전망이다.

한편 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 온라인판에 최근 게재됐다.

km5030@news1.kr