'바다 속 소형기기에 전기 지속 공급 가능'…기계연, 해수기반 자가충전 하베스터 개발

현승민 책임연구원(오른쪽 첫 번째)을 비롯한 연구팀이 해수 기반 에너지 하베스터 성능 측정 실험을 하고 있다.

바닷물의 나트륨 이온 이동으로 전기 에너지를 지속 생산하는 '에너지 하베스터'가 개발됐다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원(원장 류석현)은 나노융합연구본부 나노디스플레이연구실의 현승민 책임연구원, 소혜미 선임연구원팀과 정수환 경북대 응용화학공학부 교수팀이 해수 내 이온 이동으로 전기 에너지를 생산하는 친환경 자가 충전 에너지 하베스터를 개발했다고 11일 밝혔다.

개발한 에너지 하베스터는 산소 기능기 함량이 다른 다중벽 탄소나노튜브, 산화 그래핀 필름을 각각 양극과 음극으로 사용하고 전해질로 바닷물을 활용한다.

전해질 내 양이온이 상대적으로 산소 기능기 함량이 높은 음극 쪽에 더 많이 모여들고, 두 전극 사이 이온이 재배열돼 전기 에너지 차이가 생성되는 원리다.

기존 물 기반 에너지 하베스터의 경우 에너지 전환 효율이 낮거나, 재사용을 위해 물의 기계적인 움직임을 계속 발생시켜야 한다. 외부 에너지가 투입돼야 했다. 이에 따라 지속 사용이 어렵고, 외부 에너지를 투입할 수 없으면 사용이 제한됐다.

연구팀은 방전 후에도 외부 에너지 투입 없이 다시 초기 개방 회로 전압을 회복해 지속적인 재사용이 가능하도록 했다. 기기 회수가 어려운 바다에서도 센서 에너지 공급 장치로 지속 활용이 가능하다.

개발한 에너지 하베스터는 1㎤ 당 24.6밀리와트(㎽) 전력 밀도를 가진다. 이는 기존 이온 하이드로겔로 이뤄진 물 기반 에너지 하베스터(5.9㎽/㎤)의 약 4.2배에 달하는 수치다. 계산기, 시계, 센서 등 소형 기기에 충분한 전력을 공급할 수 있다.

또 개발된 에너지 하베스터는 면적을 확장하거나 여러 개를 연결해 더 많은 전기 에너지를 생산할 수도 있다.

현승민 책임연구원은 “개발 기술은 지속 자가 충전이 가능해 외부 에너지 투입 없이도 사용할 수 있는 친환경 에너지 하베스팅 기술”이라며 “온도, 화학적 산소요구량, 용존무기질소 등 환경 모니터링이 필요한 바다의 센서·장치 등에 유용하게 사용될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 과기부-국가연구개발사업 '친환경 분해가능 배터리 개발 및 특성 평가' 및 기계연 기본사업 '나노기반 옴니텍스 제조 기술 개발' 과제로 수행됐고, '케미칼 엔지니어링 저널'에 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com