광운대 박재영 교수팀, 걸으면 스스로 충전하는 에너지 기술 개발

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걷거나 달리기 등 일상생활에서 스스로 충전할 수 있는 친환경 에너지 기술이 개발됐다.

광운대는 박재영 교수 연구팀이 일상생활부터 바다의 파도, 달리는 자동차 등 다양한 주파수의 작은 진동에서 고출력 전기를 얻을 수 있는 에너지 수확 기술개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

저널 표지(사진 왼쪽) 및 비공진 기반 고출력 하이브리드 에너지 수확소자 개념도
<저널 표지(사진 왼쪽) 및 비공진 기반 고출력 하이브리드 에너지 수확소자 개념도>

연구팀이 개발한 하이브리드 에너지 수확 소자는 연성 자속 집중재를 이용한 하나의 고출력 전자기 에너지 수확 소자와 나노구조 표면의 마찰대전 소재를 이용한 두 개의 마찰전기 에너지 수확 소자를 결합시키는 구조다.

이 기술을 활용하면 스마트폰이나 스마트밴드와 같은 웨어러블 기기의 전원으로 활용가능한 고출력 전기를 수확할 수 있다. 또 전력 관리 회로, 저장소자, USB Type-C 포트까지 하나의 소형 모듈로 패키징 함으로써 다양한 응용이 기대된다.

일반적으로 사용하는 교체 및 충전식 전기 화학 배터리는 전원 공급에는 탁월하지만 수명이 제한적이다. 재충전 및 교체가 어려우며 배터리 폐기로 인한 환경 오염도 유발한다. 작은 진동 에너지 기반의 친환경 에너지 수확 기술은 휴대용 및 웨어러블 전자기기를 위한 지속 가능한 전원으로서 대체될 수 있어 주목받고 있다.

가장 활발하게 연구가 이루어지고 있는 에너지 수확 기술에는 압전, 전자기, 마찰전기 에너지 수확 기술이 있다. 특히 마찰전기 하이브리드 에너지 수확 기술은 상용화 가능성이 높은 고출력 발전기술로 평가받는다.

광운대 전자공학과 박재영 교수(사진 왼쪽)와 푸카르 박사과정
<광운대 전자공학과 박재영 교수(사진 왼쪽)와 푸카르 박사과정>

박 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 자속 집중재 및 나노표면 개질을 통한 탄성 충격 기반 고출력 하이브리드 에너지 수확 소자를 개발하는데 성공했다. 하나의 큰 스프링과 4개의 작은 스프링을 적용해 낮은 주파수 및 작은 크기의 진동에서도 고출력을 얻도록 했다. 연구팀이 개발한 초소형 범용 자가충전 전원 모듈은 일상생활에서 34.11mW DC 전력을 생산할 수 있으며 5.6 시간 내에 30mAh Li-Po 배터리를 완전히 충전하는데 성공했다.

연구팀은 개발한 친환경 자가충전 전원 모듈로 스마트폰, 이어버드, 스마트 밴드 충전을 성공적으로 시연했다. 수질 무선 모니터링 시스템과 온도, 습도 및 압력 등 자동차 내 환경 무선 모니터링 시스템을 동작하는데도 성공했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구사업 및 광운대 교내연구비 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 세계 최고 에너지 연구 저널인 WILEY 출판의 Advanced Energy Materials 2020년 12월 26일자 온라인판에 게재 및 표지 논문으로 선정됐다.

김명희기자 noprint@etnews.com