화학연, 신개념 유연 자가발전 압전 소재 개발

"움직이거나 휘어지면 스스로 전기 생산…기존보다 성능 100배 향상"

대전CBS 조성준 기자

'에너지와 환경과학'지 6월호 전면 표지.(사진=한국화학연구원 제공)

한국화학연구원은 이수연·정선호·최영민 박사 연구팀이 움직이거나 휘어지면 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 압전 소재를 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 압력을 받으면 전기를 스스로 생산해내는 압전 특성을 띠는 세라믹 나노 입자에 '아민' 화학 작용기를 붙여주고, 이 작용기에 잘 붙을 수 있는 유연한 블록공중합체 고분자 물질을 찾아냈다.

이어. 이들 두 가지 물질을 혼합하고 열처리해 화학적으로 단단하게 결합되고 입자가 고르게 분산된 유연 압전 신소재를 만드는 데 성공했다.

이렇게 만들어진 신소재는 화학적 처리를 하지 않은 기존 소재보다 100배 더 많은 전기를 생산해낼 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

신개념 유연 압전 소재의 모식도와 실험 결과.(사진=한국화학연구원 제공)

해당 소재는 고분자 필름 안에 세라믹 나노 입자가 사이사이 박혀있는 형태를 띤다.

연구팀은 얼마나 많은 나노 입자가 고분자 필름 안에 들어가야 최대한 많은 양의 전기를 출력해낼 수 있을지에 대한 적정량도 산출했다.

굽힘의 물리적 형태 변형 시, 65V의 출력전압과 1.6μA의 출력전류가 발생했으며, 이를 통해 외부 배터리 연결 없이 20개 이상의 발광다이오드(LED)를 구동시켰다.

화학연 이수연 박사는 "압전 나노입자와 고분자 사이의 화학적인 결합을 새롭게 디자인해 기존 소재의 한계를 극복하고, 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다"고 말했다.

최영민 박사는 "관련 기술은 한국·미국·유럽·중국에 특허 권리를 확보했다"며 "4차 산업혁명에 필수적인 자가발전 소재로 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다"고 설명했다.

이번 연구결과는 에너지 분야 학술지인 '에너지와 환경과학'(Energy ＆ Environmental Science) 6월호 전면 표지논문으로 실렸다.

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