모든 동작에 반응해서 에너지 수확이 가능해 더욱 효율적으로 휴대용 웨어러블 전자기기들의 보조전원으로 활용될 수 있는 입자 마찰전기 나노발전 소자가 제주대학교 연구진에 의해 개발됐다.

배진호 교수.

제주대 해양시스템공학과 배진호 교수(BK+ 빅데이터 기반해양융합전문인력사업단장) 연구팀은 직경 6 μm(마이크로미터) 이하의 셀룰로스 입자(cellulose particles)와 빠르게 친환경 분해가 되는 젤라틴 캡슐(gelatin capsule)을 이용한 마찰전기 나노발전 소자를 개발했다고 15일 밝혔다.

마찰전기 나노발전기란 두 물체가 접촉 혹은 마찰시 발생하는 대전 현상을 이용해 역학적 에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 장치로 소자마다 마찰이 일어날 수 있는 한두 방향의 동작에서만 에너지 수확이 가능하다.

이러한 제한된 동작에서만 에너지 수확이 가능한 마찰전기 나노발전소자의 한계를 극복하고자 배진호 교수팀은 셀룰로스 입자가 젤라틴 캡슐 안에서 자유롭게 운동하며 젤라틴 벽에 부딪치는 순간 마찰전기를 생산할 수 있음을 최초로 규명했고, 이를 입자 마찰전기 나노발전기라고 했다. 이 연구는 임의의 방향에서 작은 힘에서도 쉽게 매우 작은 입자들이 움직이기 때문에 모든 방향에서 전기 에너지를 생산할 수 있다는 것이다.

제작된 마찰전기 나노발전소자는 1개의 캡슐소자가 5.488 mW의 전기를 생산하고, 16개의 캡슐을 병렬로 연결했을 때 70 mW의 전기를 생산한다. 특히 에너지 효율은 최대 74.35%로 매우 우수하다.

배 교수팀은 “이러한 연구결과로 보아 이번에 개발된 나노발전소자는 휴대용 웨어러블 전자기기들이 일정한 방향이 아닌 무작위로(Random) 움직이기 때문에 더욱 효율적인 웨어러블 보조전원으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다”고 설명했다.

이번 연구결과 논문(교신저자 배진호 교수, 메인 제1저자 사키브 카지 무하마드 박사, 공동 제1저자 샤우캇 리얀 알리 박사과정 대학원생)은 ‘particle triboelectric nanogenerator (P-TENG)’(입자 마찰전기 나노발전기) 제목으로 세계 최고수준의 저널인 ‘Nano Energy(100권)’에 실렸다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원의 중견연구 및 해외우수과학자유치사업과 해양수산부의 제주씨그랜트사업 지원으로 수행됐다.