체온으로 충전하고 자가치유하는 이온성 열전소재 개발

유니스트·국민대 공동연구팀 개발…웨어러블 기기 적용 기대

'고성능 이온성 고분자 열전소재'를 개발한 유니스트 에너지화학공학과 김동후 연구원(왼쪽)과 장성연 교수.(유니스트 제공)

(울산=뉴스1) 임수정 기자 = 유니스트(UNIST) 에너지화학공학과 장성연 교수팀과 국민대학교 응용화학부 전주원 교수팀이 공동으로 기계적·전기적 문제에 대한 자가치유 능력을 지닌 '고성능 이온성 고분자 열전소재'를 개발했다고 6일 유니스트가 밝혔다.

열전소재는 열에너지를 전기로 바꾸는 친환경 에너지 소재다.

연구팀은 열전소재 분자 간의 강한 인력을 통해 찢어지거나 잘려도 이를 복구해 기계적·전기적 성능을 유지하는 '자가치유성 열전소재'를 활용했다.

또한 기존 연구에서 다루지 못했던 이온성 열전소재의 열전기적 성능을 결정하는 변수를 정밀 분석하고 최적화했다.

이를 바탕으로 초고효율 열전 변환 성능, 자가치유 능력을 갖춘 소재를 개발했다.

블루투스 이어폰, 스마트 워치 등 인체에 착용하는 전자기기는 대부분 액체 전해질이 적용된 리튬 이온 전지를 사용하는데 누액 등의 이유로 기기 설계가 제한되고 외부 전원으로 충전하는 한계가 있었다.

반면 이온성 열전소재는 유연성이 있고 주변의 열에너지로 자가발전이 가능해 차세대 독립전원으로 높은 기대를 받고 있다.

연구팀은 세계 최초로 소재 내부의 이온 열전효과를 열역학적으로 분석해 열에너지 변환 성능을 최적화했다.

이렇게 개발된 소재는 자가치유 능력과 함께 물리적 성질도 우수해 원래 길이의 10배 이상까지 늘일 수 있고 50회 이상 반복된 내구성 실험에서도 성능 손실 없이 기계적·전기적 특성을 유지했다.

제1 저자인 유니스트 에너지화학공학과 김동후 연구원은 "소재 내부에서 열확산하는 이온이 가진 에너지 변화를 극대화해 최고 성능을 경신할 수 있었다"며 "자가치유 능력과 신축성이 우수해 향후 착용하는 전자기기를 위한 자가발전에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 6월 5일 자로 공개됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

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