국내 연구진이 배터리 없는 자가 발전 웨어러블 기기 상용화 길을 열었다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 홍용택 서울대 교수 연구팀, 정승준 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀이 배터리 없이 체온만으로 자가 발전해 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다고 20일 밝혔다.
열전소자는 제벡 효과에 의해 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자다. 신축성을 부여하면 사람 피부에 부착 가능하며, 체온을 이용해 배터리 없이 동작하는 자가 발전 웨어러블 기기를 구현할 수 있어 새로운 전원공급 소자로 주목받고 있다.
다만 기존 신축 열전소자는 내부 저항이 높아서 생성되는 전력이 적고 실용성이 떨어지는 한계가 있다.
연구팀은 신축 열전소자 내부 계면과 신축 전극 전기 저항을 개선할 두 가지 전략을 도입해 내부 저항은 낮추고 자가 발전 성능은 높인 고성능 신축 열전소자를 개발했다.
은-나노와이어 기반 신축 전극에 용액 기반 웰딩 기법을 적용해 내부 저항을 낮췄으며, 신축 전극과 열전소재 접합부에 은 입자 기반 전도성 중간층을 도입해 접합부 계면 저항을 감소시켰다.
실험 결과 두 가지 전략을 모두 적용한 신축 열전소자는 내부 저항이 기존 6배 이상 감소해 세계 최고 수준 발전성능을 보였다.
또 외부 전원장치 없이 체온에 의한 발전만으로 블루투스 통신이 가능해 긴급 상황에서 구조 요청을 할 수 있는 무선 자가 발전 웨어러블 시스템을 동작시킬 수 있다.
홍용택 교수는 “이번 연구는 기존 신축 열전소자 기술적 한계로 여겨졌던 낮은 발전 성능 문제를 해결하고, 체온과 같은 적은 열에너지로도 무선 웨어러블 기기를 동작시켜 신축 열전소자의 실용성을 높인데 의의가 있다”며 “배터리 없는 자가 발전 웨어러블 기기의 대중화 및 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters) 표지논문으로 지난 9일 실렸다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
