4차원 프린팅 제작, 기존 발전량의 30% 향상
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떨어지는 물방울에 의한 소자 작동 과정에 대한 개략도.(경희대 제공)/뉴스1 |
(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 물방울로 전기를 생산하는 통통 튀는 하이브리드 발전기 개발에 성공했다.
한국연구재단은 경희대 최동휘 교수 연구팀이 한국기술교육대 박성제·라문우 교수와 떨어지는 물방울로부터 전기를 생산할 수 있는 물방울 기반 하이브리드 발전기를 개발했다고 6일 밝혔다.
물방울 기반 발전기(DEG)는 물방울과 고체 재료가 접촉하면서 발생하는 정전기를 활용해 전기 에너지를 생산한다.
기존 연구는 소자 내 신소재를 도입하는 연구가 대부분이며, 떨어지는 물방울이 충돌할 때 낭비되는 역학적 에너지를 줄이려는 시도는 전무한 상황이다.
이에 연구팀은 기존 DEG가 적용한 딱딱한 고체 표면 충돌 방식에서 벗어나, 탄성을 갖는 구조를 채택함으로써 낭비되는 에너지까지 회수하는 실마리를 찾았다.
이를 통해 떨어지는 물방울이 고체 표면과 충돌하면서 낭비되는 에너지를 소자 내 탄성에너지의 형태로 변환, 저장된 탄성에너지가 추가적으로 전기를 생산할 수 있는 ‘물방울 기반 하이브리드 발전기’를 처음으로 개발했다.
이 발전기는 압축을 받을 때 휘어지는 현상으로 널리 알려진 ‘압축 좌굴’현상에 기반한 4차원 프린팅 공정을 통해 시연, 제작됐다.
소자는 통통 튀는 탄성 구조를 띠어 물방울의 역학적 에너지의 일부를 소자 내 탄성에너지의 형태로 변환하고 기존 발전기 대비 약 30% 향상된 에너지 생산량을 보였다.
연구팀은 약 1만 개의 물방울을 반복 활용해 소자의 성능을 검증하고 안정성과 내구성도 입증했다.
최동휘 교수는 “미래의 잠재적 분산형 전력 공급원으로써 실용화 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수신진연구자지원사업 및 4단계 BK21사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료공학 분야 우수 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 지난달 28일 게재됐다. 또 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정됐다.
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