보도자료
어떤 형태로 변형해도 스스로 전기를 생산할 수 있는 새로운 정전기 소재 원천기술 개발
작성자관리자 조회수2,479 등록일2020-12-14
□ 한국화학연구원 이수연, 최영민 박사 연구팀은 늘리고 굽히는 등 어떤 형태로 변형해도 스스로 전기를
생산해낼 수 있는 새로운 정전기 소재를 개발했다.
○ 자가발전은 ‘배터리를 매일 충전하지 않고도 웨어러블 전자기기를 작동할 수는 없을까?’라는 꿈을 실현
시킬 수 있는 기술이다. 신소재 분야에서는 사람의 움직이는 동작을 전기에너지로 변환할 수 있는 신축성
자가발전 소재들이 많은 주목을 받고 있다. 에너지 하베스팅* 소자로도 응용될 뿐만 아니라 웨어러블 전자
기기, 사물인터넷(IoT) 무선 센서 등에 활용될 수 있기 때문에 전 세계적으로 연구가 활발하게 진행되고 있다.
* 일상생활에서 버려지거나 소모되는 힘, 압력, 진동과 같은 에너지를 모아 전기에너지로 변환해주는 신재생
에너지 발생 기술
□ 자가발전 소재에는 여러 형태가 연구되고 있는데, 특히 정전기를 이용한 연구가 전세계적으로 활발하다.
정전기를 이용한 자가발전 소재는 보통, 대전특성*을 가진 서로 다른 두 가지 물질이 닿았다 떨어지거나
마찰할 때 생기는 전하의 이동으로 전기를 생산한다.
* 물체가 전하를 띠는 특성. 예를 들어 털가죽은 + 전하를 띠기 쉽고, 플라스틱은 - 전하를 띠기 쉽다.
서로 다른 대전특성을 가진 두 물질이 마찰하면서 정전기가 발생한다.
○ 기존 소재들은 주로 변형이 없는 형태에서 마찰만 시켜 정전기를 발생하는 방식으로 전기를 생산해
웨어러블 기기 적용에 한계가 있었다. 늘어나는 기존 소재도 많은 양의 전기를 발생시키지는 못했다.
□ 화학연 연구팀은 늘리거나 구부려도 소재 자체의 전도성은 변하지 않고 기하학적인 구조만 변하는 새로운
전극 소재층을 개발하고, 그 위에 대전특성이 강한 폴리우레탄폼을 표면에 코팅해 두 층을 하나의 물질로
융합하였다. 표면에 코팅한 우레탄폼은 올록볼록한 돌기로 형성해서, 늘리거나 구부릴 때 마찰 표면적을
최대화해서 정전기가 잘 발생할 수 있도록 했다.
○ 본 소재는 형태 변형이 늘림 하나만 일어났을 때보다, 늘림과 구부림을 동시에 가했을 때 5배 더 많은
전기를 생산해내는 것으로 나타났다. 신체 관절이 늘림과 굽힘이 동시에 일어난다는 것을 고려하면 웨어러블
기기로의 적용에 적합함을 기대할 수 있다.
○ 연구팀은 어느 정도로 늘리거나 굽혔을 때 얼마나 많은 양의 전기를 출력해내는지에 대한 최대값도 산출
했다. 연구결과는 에너지 분야 권위지 “ACS Energy Letters” 2020년 11월호 전면 표지논문*으로 게재되었다.
* ACS Energy Letters : 미국에서 발간하는 에너지 분야에서 권위있는 학술지 (2019년도 피인용지수 : 19.003) /
논문 제목: High-Performance Dual-Mode Triboelectric Nanogenerator Based on Hierarchical Auxetic Structure
□ 개발된 신소재는 4차 산업혁명 시대에 필수적인 스마트 워치, 헬스케어 밴드 등 웨어러블 기기 뿐만 아니라
사물인터넷(IoT)의 자가발전 센서 등에 핵심 소재로 활용될 수 있다.
○ 정전기 소재에서 나온 전기를 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터 또는 배터리에 저장하면, 자주 충전하지
않아도 웨어러블 기기를 오래 쓸 수 있다. 연구팀은 이러한 활용성을 염두에 두고 고효율 슈퍼커패시터 소재
개발, 에너지 발생과 저장이 통합된 모듈 개발 등의 후속 연구를 진행하고 있다.
□ 화학연 이수연 박사는 “이번에 개발한 고출력 에너지 발전소재는 마찰대전 특성이 큰 고분자 소재를 다양한
형태변형이 가능할 수 있도록 새롭게 디자인하여, 기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에
활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다. 관련 기술은 한국·미국·유럽·중국에 특허권리를 확보하거나 확보중이며,
4차 산업혁명에 필수적인 자가발전 소재로 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
□ 본 연구는 과학기술정보통신부의 글로벌연구실지원사업 (GRL) 및 국가과학기술연구회의 주요사업으로 수행
되었다.