다양한 환경에서도 전기 생산하는 발전 소자 개발

경희대 기계공학과 최동휘 교수 연구팀이 다양한 환경조건에서도 효율적으로 작동하는 회전형 정전 발전 소자를 개발했다.

기후 위기와 에너지 자원 문제는 전 세계가 직면한 중대한 과제다. 환경오염을 유발하지 않는 지속 가능한 에너지원을 확보하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 회전형 정전 발전 소자는 바람, 물, 진동 등 주변 환경에서 발생하는 다양한 에너지를 전기로 변환할 수 있어 지속 가능한 에너지 생산 방식으로 주목받고 있다. 하지만 다양한 변수가 일어나는 일상 환경과 달리 회전형 정전 발전 소자는 특정 조건에서만 최적의 성능을 발휘해 에너지 효율성이 떨어졌다.

경희대학교(총장 김진상) 기계공학과 최동휘 교수 연구팀이 다양한 환경조건에서도 효율적으로 작동하는 회전형 정전 발전 소자를 개발했다. 연구팀은 압력 에너지 수준에 따라 마찰력을 조절해 문제를 극복했다. 이번 연구는 국제 학술지 〈International Journal of Mechanical Sciences〉(IF=7.3, JCR 상위 3.3%)에 8월 15일(목) 게재됐다.

연구팀이 개발한 회전형 정전 발전 소자 모식도.

연구팀은 회전형 정전 발전 소자 시스템 내부에서 일어나는 마찰력 등의 동역학적 요소가 전기적 성능에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과 수직항력이 마찰력과 전기 출력 성능을 결정하는 숨겨진 핵심 요소였음을 확인했다. 이를 토대로 외부 사용자 조작 없이 수직항력을 최적화했다. 특정 조건에서만 전기를 변환했던 것과 달리 다양한 에너지 조건에서 주변의 역학 에너지를 전기 에너지로 변환했다.

연구의 범용성을 검증하기 위한 실험도 있었다. 풍력 에너지를 통해 회전형 정전 발전 소자의 전기적 출력을 평가했다. 바람의 세기가 변화할 때마다 소자 내 시스템이 수직항력을 최적화해 전기 변환이 성공적으로 진행됐다. 최동휘 교수는 “에너지 수확 범위를 넓힐 수 있다”며 의의를 설명했다. 이번 연구는 한국연구재단과 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 진행됐다.

온라인 중앙일보