기존보다 100배 많은 전기생산 가능…신개념 압전소재 개발

- 화학연 연구팀, 움직이면 전기생산하는 신개념 유연 압전 소재 개발

- 화학처리하지 않은 소재보다 성능 100배↑, 웨어러블 전자기기IoT 무선 센서 활용



[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국화학연구원은 이수연ㆍ정선호ㆍ최영민 박사 연구팀이 움직이거나 휘어지면 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 압전 소재를 개발했다고 18일 밝혔다. 이 소재는 화학적 처리를 하지 않은 소재보다 100배 더 많은 전기를 생산해낼 수 있다.

최근 신소재 분야에서는 사람의 움직이는 동작을 전기에너지로 변환할 수 있는 유연 자가발전 복합 소재들이 많은 주목을 받고 있다.

유연 압전 소재는 보통 여러 물질을 섞어 만든다. 압력을 받으면 전기를 스스로 생산해내는 특성 즉 ‘압전 특성’을 가진 물질과, 탄성을 가진 고분자 물질을 섞는 것이 일반적이다. 하지만 기존 기술로는 섞인 물질 간에 결합이 없고 입자들이 고르게 분산되지 않아 압력을 줘도 전기를 많이 발생시킬 수 없었다.

유연 압전복합소재는 굽힘의 물리적 형태변형시 65V의 출력전압과 1.6μA의 출력전류를 발생, 외부의 배터리 연결 없이 20개 이상의 LED를 구동시켰다.[제공=한국화학연구원] 연구성과가 게재된 ‘에너지와 환경과학’ 6월호 표지[제공=한국화학연구원]

연구팀은 세라믹 나노 입자와 고분자 물질을 화학적으로 단단하게 결합하는 기술을 개발, 화학적 처리를 하지 않은 소재보다 성능이 100배 향상된 신소재를 만들었다.

이 신소재는 고분자 필름 안에 세라믹 나노입자들이 사이사이 박혀있는 형태를 띤다.

연구팀은 얼마나 많은 나노입자가 고분자 필름 안에 들어가야 최대한 많은 양의 전기를 출력해낼 수 있을지에 대한 적정량도 산출했다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지와 환경과학’ 6월호 전면 표지논문으로 게재됐다.

개발된 신소재는 4차 산업혁명시대에 필수적인 웨어러블 기기, 사물인터넷(IoT)의 무선 센서 등에 핵심 소재로 활용될 수 있다.

압전 소재에서 나온 전기를 축전기 또는 배터리에 저장하면, 자주 충전하지 않아도 웨어러블 기기를 오래 쓸 수 있다. 연구팀은 이러한 활용성을 염두에 두고 유연 축전기 소재 개발, 균일한 전기 출력이 가능한 자가발전 소재 개발 등의 후속 연구를 진행하고 있다.

이수연 박사는 “이번에 개발한 고효율 에너지 발전소재는 압전나노입자와 고분자 사이의 화학적인 결합을 새롭게 디자인해, 기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다”고 연구의의를 밝혔다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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