이건재 KAIST 교수팀, 한꺼번에 LED 105개 켤 수 있는 나노발전기 개발

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LED 105개를 한꺼번에 켤 수 있는 나노발전기가 상용화에 가까운 수준으로 개발됐다.

이건재 KAIST 신소재공학과 교수팀은 레이저 박리 전사기술과 유연한 압전박막 소재를 활용해 기존보다 약 40배 높은 효율을 갖는 나노발전기 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

KAIST 연구진이 개발한 나노발전기를 이용해 생산한 전기로 LED 105개를 작동한 모습.
<KAIST 연구진이 개발한 나노발전기를 이용해 생산한 전기로 LED 105개를 작동한 모습.>

이 연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스’ 4월 23일자 표지논문으로 게재됐다.

나노발전기는 유연한 나노소재에 미세한 압력이나 구부러짐이 가해질 때 전기 에너지가 생성되는 기술이다. 전선과 배터리 없이도 에너지공급이 가능하기 때문에 휘어지는 전자제품은 물론 심장 박동기와 같이 몸속에 집어넣는 기기나 로봇의 에너지원으로도 활용 가능하다. 그러나 에너지 효율이 낮은데다 제작공정이 복잡해 상용화 걸림돌로 작용해 왔다.

연구팀은 고온에서 결정화된 고효율 압전박막물질을 현재 상용화된 레이저 박리기술을 이용해 딱딱한 기판에서 플라스틱 기판으로 전사, 효율을 크게 향상시키면서도 대면적으로 제작했다. 양산 가능성이 그만큼 높다는 얘기다.

가로, 세로 2×2㎝크기로 만들어진 이 나노발전기는 미세한 구부림에 의해 생성된 에너지(250V, 8㎂)로 105개의 LED를 작동시키는 데 성공했다.

연구진은 향후 압전박막물질을 3차원으로 적층해 생성전력을 높이고 이를 동물에 이식하는 생체실험을 수행할 계획이다.

이건재 교수는 “자연에서 발생하는 바람, 진동, 소리와 같은 미세한 에너지는 물론이고 심장박동, 혈액흐름, 근육수축·이완 등 사람 몸에서 발생되는 생체역학적 힘을 이용해 전기를 생산할 수 있는 무한 에너지원으로 사용될 수 있다”고 응용가능성에 대해 설명했다.

이 교수는 또 “발전효율이 세계 최고 기록보다 40여배 높고 대량 양산이 가능한 레이저 박리기술을 활용해 그동안 상용화를 가로막았던 저효율과 복잡한 제조공정의 문제점을 해결했다”고 말했다.

한편 이 연구 결과는 미래창조과학부 도약연구사업과 ‘코오롱-카이스트 라이프스타일 이노베이션센터’의 지원으로 수행됐다.

대전=박희범기자 hbpark@etnews.com