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.
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.
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
