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피부에 붙여 전기 만드는 열전소자 유연성·효율성·대량생산 세 마리 토끼 잡았다

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피부에 붙여 전기 만드는 열전소자 유연성·효율성·대량생산 세 마리 토끼 잡았다

2020.12.01 12:00

 

연구진이 개발한 유연한 열전소자. KIST 제공.
연구진이 개발한 유연한 열전소자. KIST 제공.

국내 연구진이 소재의 온도 차이로 생성되는 전압으로 전력을 생산하는 열전소자의 유연성을 극대화해 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다. 피부에 붙이면 체온으로도 전기에너지를 생산할 수 있는 기술이다. 

 

한국과학기술연구원(KIST)은 정승준 소프트융합소재연구센터 선임연구원 연구팀이 홍용택 서울대 전기정보공학부 교수와의 공동연구를 통해 유연성과 열전달 효율을 극대화해 높은 전력을 생산하는 신축성 열전소자를 개발했다고 1일 밝혔다. 열전소자 인쇄 공정을 포함한 자동화 공정을 통해 대량생산할 수 있는 방안도 제시했다. 

 

기존 열전소자는 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용해 유연성이 부족했다. 유연성 부족으로 열원과 접촉할 때 열전도율도 낮아 에너지 전달 효율이 떨어져 실제 웨어러블 기기에 적용하기 쉽지 않았다.

 

연구팀은 무기물 기반 고성능 열전재료를 은 나노와이어가 삽입된 신축성 기판으로 연결해 열전소자의 저항을 낮추고 유연성을 높였다. 이렇게 만든 신축성 기판 내부에 열전도율이 높은 금속 입자를 넣어 열전달 능력을 기존보다 800% 가량 높이고 전력 생산량도 3배 이상 높였다. 연구팀은 이와 동시에 열전소자 인쇄공정을 자동화해 대량생산도 가능하게 만들었다. 

 

연구팀이 개발한 열전소자는 산업현장의 고온 감지 센서로 활용하거나 자동차 내외부의 온도차를 이용해 별도 배터리가 없는 자율주행용 거리 감지 센서로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

 

정승준 KIST 선임연구원은 “이번 연구를 통해 고온 감지 센서 장갑 등 실제 웨어러블 기기를 작동시키는 데 성공했고 향후에는 체온만으로 웨어러블 디바이스를 구동시킬 수 있는 열전 플랫폼을 개발할 예정”이라며 “자동화 공정으로 웨어러블 기기 상용화에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 게재됐다.

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