마찰뿐만 아니라 습기와 땀까지 에너지원으로 활용, 두 마리 토끼를 잡는 에너지 하베스팅 기술이 나왔다.
기계적 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 '마찰전기' 섬유는 습도에 취약해 주변 습기나 땀으로 전력 효율이 낮아지는 문제가 있고, 땀 전지는 발생 전력이 작아 활용이 어려웠다. 이를 동시 활용한 것이다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 송현철, 장지수 전자재료연구센터 박사팀이 마찰전기 섬유와 땀 전지 섬유를 직조해 다양한 습도 조건에서도 전기를 발생시키는 새로운 스마트 의류용 섬유 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
탄성중합체와 혼합된 용질(설탕)을 녹이는 간단한 제조 공정으로 마찰전기 섬유의 마찰 표면적을 증가시켜 에너지 효율을 향상시켰다.
또 땀에 의한 젖음을 활용하는 땀 전지 섬유에 이온 염 및 파릴렌을 코팅해 발전 성능을 향상시켰다.
이후 이들 섬유를 직조방식으로 결합해 습기에 취약한 마찰전기 섬유와 전력 효율이 낮은 땀 전지 섬유의 한계를 극복했다.
연구진은 마찰전기 섬유 1개, 땀 전지 섬유 36개(3개 병렬, 12개 직렬)로 구성된 의류용 섬유 두 개를 연결해 배터리 없이 인체 움직임과 땀으로부터 위치 추적 센서(3V·7~20㎃) 구동에 성공했다.
이 스마트 의류용 기능성 섬유는 단순 코팅 공정과 직조 기술만으로도 대면적·대량 생산이 가능해 제작 단가와 공정시간을 획기적으로 절감할 수 있다. 10회 이상 반복 세탁 이후에도 전기에너지 발생 특성이 유지돼 상용화 가능성이 높다.
송현철 박사는 “특히 소방관, 군인, 산악인 등 극한 환경에서 활동하는 종사자들을 위한 전원공급원으로 적용이 기대된다”며 “스마트 의류에 적용해 다양한 신체 정보들을 제공해주는 센서로 활용하기 위한 추가 실험도 진행 중”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST의 주요사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 재료 분야의 권위지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈' 최신 호에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
