체온만으로 웨어러블 기기 작동…AA 건전지 전압 얻어

울산과기원, n형 고체 열갈바닉 소형전지 개발
전도성 고분자 기반 이온통로 설계 기술 제시

고체 열갈바닉 전지 작동 원리(왼쪽)와 조립형 모듈(오른쪽). UNIST 제공

별도 전원이나 충전 없이 몸에서 나오는 열만으로 웨어러블 기기나 사물인터넷 센서를 작동시킬 수 있는 소형 발전기 기술이 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 장성연 교수 연구팀이AA 건전지 규모의 출력을 갖춘 ‘n형 고체 열갈바닉 전지’를 개발했다고 20일 밝혔다.

열갈바닉 전지는 사람의 체온과 주변 공기의 온도차를 이용해 전기에너지를 만드는 소형 발전기다. 하지만 체온(약 36℃)과 공기(20∼25℃)의 온도차가 크지 않아 실제 전자기기를 구동할 정도의 출력을 얻기 어려웠다.

고체형 전지는 고체 전해질 내부에서 이온이 잘 움직이지 못해 전류가 부족한 한계가 있다. 연구팀은 이온 이동이 원활하도록 고체 전해질을 설계해 이온의 열 확산을 통한 추가적인 전압 상승으로 전체 출력을 높였다.

개발된 고체형 전지 100개를 레고 블록처럼 직렬로 연결해 체온으로부터 1.5V의 전압을 얻었는데, 이는 AA 건전지 수준의 전압에 해당한다. 또 16개의 셀을 연결해 LED 조명과 전자시계, 온·습도 센서 등을 실내에서 구동했으며, 체열 충전과 방전을 50회 반복해도 동일한 출력을 보이는 등 내구성도 입증됐다.

장성연 UNIST 교수는 “저온 폐열을 활용한 플렉서블 열전 변환소자 개발에 새로운 전기를 마련한 연구”라며 “웨어러블 기기나 자율형 IoT 기기에 전원을 공급하는 자가발전형시스템으로 확장할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 영국왕립화학회(RSC) 학술지 ‘에너지와 환경과학’ 7월 7일자에 실렸다.

고체 열갈바닉 전지 16개를 연결해 상용 전자기기를 구동시킨 모습. UNIST 제공

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr