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정전기에서 전기 얻는 나노발전기 개발

2019년 06월 11일 15:27
이미지 확대하기송현철(왼쪽) KIST 전자재료연구단 선임연구원과 김종윤 전자재료연구단장 연구팀이 정전기를 이용해 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성∙고출력 나노발전기를 개발했다. KIST 제공
송현철(왼쪽) KIST 전자재료연구단 선임연구원과 김종윤 전자재료연구단장 연구팀이 정전기를 이용해 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성∙고출력 나노발전기를 개발했다. KIST 제공

정전기에서 전기를 얻는 나노발전기가 개발됐다. 생활 속에서 발생하는 정전기를 이용해 작동하는 신개념 전자기기의 상용화를 앞당길 것으로 기대를 모은다.


한국과학기술연구원(KIST)은 송현철 전자재료연구단 선임연구원 연구팀이 정전기를 이용해 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고출력 나노발전기를 개발했다고 11일 밝혔다. 

 

나노발전기는 미세한 움직임만으로 전기를 생산할 수 있는 초소형 발전기다. 나노 크기의 물질에 미세한 압력을 가하거나 구부리기만 해도 전기가 발생한다. 전선이나 배터리 없이도 에너지 공급이 가능해 웨어러블 디바이스 등 다양한 제품에 쓰일 것으로 전망된다. 


연구팀은 제작이 간단하며 출력을 높인 새로운 나노발전기를 개발했다. 이 나노발전기는 고분자실리콘화합물 스펀지와 금속으로 구성됐다. 스펀지와 금속에 압력이 가해지면 이 과정에서 정전기가 발생해 이를 모아 전기를 생산하는 방식이다. 물과 실리콘, 금속만을 이용해 제작돼 기존 나노발전기는 제작에 수시간이 소요된 반면 연구팀의 나노발전기는 10분 정도 소요된다.

 

연구팀은 특히 증기캡슐공정을 이용해 나노발전기에 쓰이는 스펀지가 미세기공을 가지도록 했다. 증기캡슐공정은 증기의 열운동 에너지를 이용해 수증기를 매질에 침투시켜 다공성 구조체를 제작하는 기술이다. 이를 통해 다공성 구조를 지니지 않는 기존 스펀지에 비해 미세 기공의 전체 표면적과 정전용량을 약3.3배 늘리는 데 성공했다. 


연구팀은 개발한 정전기 나노발전기를 이용해 실제 실내온도나 위치 등을 파악하는 블루투스 무선 센서 등을 구동하는 데도 성공했다. 연구팀은 “기존의 나노발전기는 복잡하고 어려운 공정이 필요했다”며 “하지만 이번에 개발한 공정을 이용하면 제작 시간과 비용을 크게 단축할 수 있어 나노발전기의 실용화를 앞당길 것으로 전망한다”고 말했다. 


송 연구원은 “이번 연구결과로 쉽고 간단한 공정을 이용해 다공성 구조를 제작했다는 데 큰 의의가 있다”며 “기존 에너지 하베스팅 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것”이라고 말했다. 


강종윤 전자재료연구단장은 “현재 여러 가지 에너지 하베스팅 기술들을 개발 중에 있다”며 “이번 연구결과로 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 에너지’ 최신호에 발표됐다.

 

이미지 확대하기증기캡슐공정 원리와  이를 이용해 제작된 실리콘 스폰지의 현미경 사진을 나타냈다. KIST 제공
증기캡슐공정 원리와 이를 이용해 제작된 실리콘 스폰지의 현미경 사진을 나타냈다. KIST 제공


 

 

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