고무처럼 쭉쭉 늘어나는 ‘열전 소자’ 나온다

- 국민대·포스텍 공동연구, 웨어러블 스마트 소자 적용

웨어러블 소자.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 사막처럼 건조하거나 장마철만큼 습한 환경에서도 고성능을 그대로 유지하는 신축성 열전 소자가 개발됐다.

한국연구재단은 국민대학교 이현정 교수, 포항공과대학교 박태호 교수 공동 연구팀이 다양한 습도 및 온도에서도 일관된 성능을 보이는 신축성 이온성 유기 열전 소자를 개발했다고 밝혔다.

열전 소자는 공장에서 나오는 폐열 또는 인체에서 발산되는 열과 같이 버려지고 있는 열을 전기 에너지로 전환하는 소자다.

특히 이온성 기반 열전 소자는 웨어러블 기기가 상용화되면서 높은 신축성 특성을 기반으로 몸에서 나는 열을 에너지로 바꿔 전자기기에 전원을 공급하는 열전발전에 대한 연구가 활발하다.

하지만 기존 이온성 열전 소자는 대부분 70% 이상의 높은 습도조건에서 고성능을 보이며, 외부 습도에 따라 열전력 특성이 계속 변화하는 한계점이 있다.

연구팀이 개발한 신축성 이온성 열전 소자는 10~90%의 다양한 습도 조건에서 거의 일관된 열전력 특성을 발휘했다.

고분자 젤의 재료 특성.[국민대학교 제공]

연구팀은 낮은 흡습성을 보이는 신축성 재료를 합성하는 데 성공했다. 먼저 고분자의 유리전이온도를 낮춰 800% 이상의 높은 신축성을 확보했다. 또한 곁사슬의 조절로 얻어낸 고분자의 자유로운 움직임 등을 통해 이온결합 끊어짐과 재형성을 반복하는 자가회복을 가능하게 했다.

이현정, 박태호 교수는 “외부 환경에 구애받지 않는 신축성 이온성 열전 소자는 다양한 환경에서 사용되는 웨어러블 소자의 에너지원으로 활용될 수 있다”며 “향후 유연 에너지 열전소자 및 체온을 에너지원으로 활용하는 웨어러블 스마트 소자의 상용화에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 9월 15일 온라인 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com