국내 연구진이 마찰을 이용해 외부 전원 없이 전기에너지를 얻는 정전기 에너지 하베스팅 기술을 상용화 수준으로 고도화하는데 성공했다.
기존과 다른 형태를 가진 소재로 외부 물리변화에 영향 받지 않고 출력도 높였다. 웨어러블 기기를 비롯한 각종 스마트기기에 두루 쓰일 전망이다.
한국생산기술연구원(원장 이성일)은 박진형 대경지역본부 메카트로닉스융합기술그룹 박사, 조한철 동남지역본부 정밀가공제어그룹 박사팀이 새로운 전극 구조를 적용한 고성능 '마찰대전 발전기(TENG)'를 개발했다고 10일 밝혔다.
TENG는 양전하·음전하를 띠는 물질이 서로 마찰하면서 접촉 표면에 발생한 전기를 축전, 에너지로 활용한다. 환경오염이 없는 '에너지 하베스팅' 기술이지만 상용화까지는 많은 난관이 있다.
가장 큰 문제는 유연성이다. 기존 전극 구조에서는 양전하를 띠는 메탈 필름을 썼는데, 이 소재는 늘어날 경우 쉽게 끊어지거나 찢어졌다.
연구팀은 알루미늄 실 뭉치인 '메탈 울'로 필름을 대체했다. 메탈 울은 물리변화에 거의 영향을 받지 않는다. 기존보다 10% 이상 높은 인장 유연성을 가진다.
고출력도 구현했다. 3차원 구조인 메탈 울은 표면적이 면 형태인 메탈 필름보다 훨씬 넓다. 연구팀은 여기에 정전기 음전하를 다량 적재할 수 있는 신규 실리콘 소재 '드래곤 스킨'을 더해 출력을 극대화 했다. 새롭게 만든 TENG는 200~1000V 전압과 0.5밀리암페어시(㎃h) 전류를 발생시킨다. 기존 TENG 대비 약 2배 높은 수치다.
주로 쓰인 메탈 울과 드래곤 스킨은 가격이 저렴하고 대면적 제작이 가능해 양산화도 쉬울 전망이다. 바로 상용화 가능한 원천기술을 확보했기 때문에 사업화할 기업을 찾고 있다.
박진형 박사는 “상용화 가능 수준으로 성능과 편의성을 높인 에너지 하베스팅 기술을 개발했다”며 “웨어러블 기기나 헬스모니터링 시스템, 센서는 물론이고 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 각종 분야에 폭넓게 쓸 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
