한양대, 불에 타지 않는 에너지 하베스터 소재 개발

[테크월드뉴스=조명의 기자] 한양대 나노광전자학과 김재균 교수팀이 최근 극한의 고온 환경에서도 에너지를 생성·발전시킬 수 있는 에너지 하베스터용 소재를 개발했다. 

김 교수팀이 개발한 에너지 하베스터 소재와 이를 활용한 이온겔 폴리머 소재 (Triboelectricity Nanogenerator, 이하 TENG)는 화염에 노출돼도 불이 붙지 않고, 안정적인 전기생성이 가능해 향후 웨어러블 기술과 접목 시 소방 분야 등 여러 산업에 활용 가능할 것으로 평가받는다.

김 교수팀이 제작한 TENG은 마찰 시 생기는 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 정전기 기반 발전기에 사용되는 소재다. 이 같은 정전기 기반의 발전기는 외부전원 없이 전력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있어 하베스팅 뿐 아니라 소형전자기기의 전원공급이나 감지센서 등으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만 통상 이런 장치들은 폴리머 기반 화합물이기에 물리적 접촉에 취약해 출력감소 현상이 발생하고 특히 화재 등의 극단적 환경에 매우 취약하다는 단점이 존재했다.

김 교수팀은 이런 문제점을 극복하고자 고온에 잘 견디며 기계적 유연성을 가지는 폴리머 내에 이온성 액체를 혼합, 극단적 환경에서도 작동하는 새로운 에너지 하베스팅 소재를 개발했다.

해당 소재는 이온들이 이동할 수 있는 통로가 있어 외부 마찰에도 출력을 유지했고, 유연성과 투명성의 개선과 더불어 500도 이상의 고온에서도 정상적으로 작동했다.

김 교수는 “이어진 연구에서 TENG을 일상복에 부착해 정상 작동하는 것을 확인했으며, 손목의 맥박도 정확하게 감지가 가능했다”며 “이는 해당 소재가 웨어러블 디바이스에도 활용할 수 있다는 것을 의미한다”고 말했다. 
또 “TENG은 간단한 공정을 통해 대량 생산이 가능하며, 새로운 코팅 방식을 적용해 재료 손실을 최소화함으로써 경제성과 환경오염 문제에 대한 이점을 가진다”고 평가했다.

이번 연구 결과는 에너지 소재 분야 국제 학술지인 ‘나노에너지(Nano energy)’ 7월호에 출판됐다.