한국기술교육대학교 배진우 교수(에너지신소재화학공학부 화학생명공학전공) 연구팀이 최근 분극(외부 전기장에 의해 원자나 분자의 전하가 재분포하는 현상) 특성이 우수한 나노 물질이 첨가된 고분자 나노 복합 재료를 이용, 우수한 성능을 가진 '고효율 마찰대전 나노발전기'를 개발했다.

▲ 배진우 교수 연구팀이 개발한 ‘고분자 나노복합재료를 이용한 고효율 마찰대전 나노발전기 및 터치 센서.

'마찰전기 나노발전기'란 두 물체가 접촉 혹은 마찰시 발생하는 대전 현상을 이용하여 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 작은 규모의 장치를 의미한다.

이번 마찰대전 나노발전기는 높은 마찰 극성을 가지면서 낮은 전기적 손실을 통해 높은 출력과 에너지 변환 효율의 특성을 나타내는 게 특징이다.

마찰전기 나노발전기는 배터리가 필요 없어 사물인터넷 센서나 웨어러블(wearable) 장치, 자가발전 전자소자 등 분야에 활용할 수 있지만 에너지 변환 효율이 낮고 생산되는 전류가 미약하여 응용에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 마찰대전 효율을 증가시키면서 수확되지 못하고 유실되는 전류를 최대한 줄이기 위해 나노 물질로 산화 그래핀과 몰리브덴 황화물 나노입자를 각각의 고분자와 함께 조합하여 고분자 나노복합재료를 개발한 것이다.

연구팀은 이렇게 개발된 고분자 나노복합재료를 마찰대전 층으로 활용, 기계-전기 에너지 변환 효율이 높으면서 전류의 손실도 최소화할 수 있는 마찰대전 나노발전기를 구현하는 데 성공했다.

배진우 교수는 "이번에 개발된 마찰대전 나노발전기는 가볍고 유연하며, 전기 생산 효율이 높아 GPS(Global Positioning System. 위성항법장치)와 같은 저전력 전자기기의 전원 장치나, 초박막 터치 센서로 활용이 가능할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 배진우 교수(연구책임자), 가줄라 프라사드 연구교수(공동 제 1저자), 윤재욱 박사과정(공동 제 1저자), 우인선, 오승주 박사과정이 참여했다.

연구의 성과는 국제적 학술지인 ‘나노 에너지 (Nano Energy)’에 3월 1일 게재됐다.

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