500원 크기 마찰 발전기가 LED 전구 100개 밝혔다

한국화학연구원 이수연·김태호 박사팀 개발
500원 크기 마찰 발전기가 전력 5W 생산
1만번 쓰고 찢어지고 구멍나도 성능 유지

한국화학연구원 이수연·김태호 박사팀이 개발한 500원 크기의 마찰 발전기는 5W의 전력을 만들어내 LED 전구 100개에 불을 밝혔다. 화학연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국화학연구원 이수연·김태호 박사팀이 개발한 500원 크기의 마찰 발전기로 5W의 전력을 만들어내 LED 전구 100개를 켜냈다. 이 마찰 발전기는 1만번 이상 사용해도, 구멍이 나거나 찢어져도 성능이 그대로 유지됐다.

이 마찰 발전기는 웨어러블 기기나 사물인터넷(IoT), 자가전원 센서 등에 활용할 수 있다.

9월 30일 화학연구원에 따르면, 연구진은 마찰 소재와 전극 사이에 '이온 겔 전기 이중층(iEDL)' 소재를 추가해 전류 누설 문제를 해결하고 전력 발생량을 높인 마찰 발전기를 개발했다.

이온겔 전기 이중층은 전해질과 전극 표면 사이에 형성되는 두 개의 전하 층으로, 여기서는 이온성 액체를 얇게 굳힌 막을 이용해, 마찰 후 생성된 전하 상태가 유지되도록 안정적으로 고정시키는 역할을 맡았다.

마찰 발전기의 성능을 테스트한 결과, iEDL 소재를 적용하지 않았을 때에 비해 일정 시간 동안 생산되는 전력의 양, 즉 전력 밀도가 2W/㎡에서 26W/㎡로 13배 증가했다.

화학연구원 연구진이 이온 겔 전기 이중층으로 만든 마찰 발전기를 테스트하고 있다. 화학연구원 제공

마찰 발전기에 들어간 소재는 찢어지거나 구멍이 생겨도 많은 전기를 생산해내는 높은 내구성도 가졌다. 1만회 반복 실험 결과, 최대 출력 전압이 0.1V 이내로 하락해, 매우 안정적인 성능을 보였다.

또한 4.7μF(마이크로패럿)의 소용량부터 470μF의 대용량 기기까지 충전시킬 수 있었다. 이와함께 500원 크기의 마찰 발전기 1개는 50㎽ 소형 LED 전구 100개를 밝힐 만큼 충분한 전원을 공급했다.

이수연 박사는 "앞으로 후속 연구를 통해 발생된 전기를 동시에 효율적으로 저장할 수 있는 소자 개발과 고효율 독립 전원 시스템 구축이 성공한다면 2030년경 실용화가 가능할 것"이라고 예상했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 마찰발전기를 재료·화학 과학기술 분야 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 발표하고 9월호 표지논문으로 선정됐다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자