한기대 배진우 교수팀, 고효율 마찰대전 나노발전기 개발

배터리 없이 안정적인 전원 공급 필요한 웨어러블 디바이스 적용 기대

한국기술교육대학교는 배진우 교수(교신저자)와 가줄라 프라사드 연구교수(공동1저자), 윤재욱 박사과정(공동1저자)로 구성된 연구팀이 ‘고효율 고분자 나노복합소재 기반 마찰대전 나노발전기(TENG)’를 개발하였다고 밝혔다. 탄소 나노 필러를 간단하게 표면처리하고 이를 유연하고 신축성 있는 고분자에 도입한 이 연구는 일상생활에서 버려지는 자투리 에너지를 높은 효율로 수확해 전원으로 활용할 수 있는 획기적인 방식을 채택한 것으로 다양한 분야에 응용될 것으로 예상된다.

나노복합소재 기반 마찰대전 나노발전기(TENG)’를 개발한 한기대 배진우 교수팀. 왼쪽부터 윤재욱·배진우·가줄라 프라사드.

마찰대전 나노발전기(TENG)는 서로 다른 두 물체가 접촉하고 분리될 때 만들어지는 양(+)전하와 음(-)전하의 이동 현상을 이용해 전기를 생산하는 에너지 변환 장치다. 충전이나 배터리 없이 자가발전이 가능해 사물인터넷 센서나 웨어러블 디바이스, 헬스 모니터링 센서, 자가발전 전자소자 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.

하지만 낮은 기계-전기 에너지 변환 효율과 상대적으로 낮은 전력밀도를 가지고 있어 상업화에 어려움을 겪어 왔다. 이에 연구팀은 두 개의 마찰층에 각각 양전하와 음전하를 띠도록 탄소 나노 필러를 표면처리하여 높은 기계-전기 에너지 변환 효율과 전력밀도를 가지면서, 고분자 소재가 가진 부드럽고 잘 늘어나는 특성을 온전히 활용한 고성능 나노발전기(TENG)를 처음으로 개발했다. 이번에 성공한 연구성과는 전원이 공급되지 않는 플렉서블·웨어러블 디바이스, 전자 피부, 의료용 센서 등의 차세대 사물인터넷 디바이스 및 첨단 센서 분야 등에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 교육부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야기초연구사업 (중견연구) 사업 및 4단계 두뇌한국(BK)21 사업과 산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원이 추진하는 소재부품기술개발사업의 지원으로 수행했다.

천안=김정모 기자 race1212@segye.com