"일상 골칫거리 정전기 모아 전자기기 충전한다"…고내구성·고출력 스펀지 나노발전기 개발

국내 연구진이 일상과 반도체 제조 공정 상의 골칫거리인 정전기를 이용해 실제 전기를 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

재료로 물과 고분자화합물, 금속 정도만 이용하는 데다 제작 과정도 간단해 상용화도 어렵지 않을 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구단 송현철 선임연구원·강종윤 단장팀이 경희대 연구진과 함께 에너지 하베스팅 기술의 일종으로 생활 속 불편한 존재였던 정전기를 이용해 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성·고출력 나노발전기를 개발했다고 11일 밝혔다.

나노발전기는 고분자실리콘화합물(PDMS·Polydimethylsiloxane) 스펀지와 금속으로 구성됐다. 흔들거나 주위 진동이 있으면 두 소재가 접촉했다 떨어지기를 반복하는데 이 과정에서 정전기가 발생하고 이를 모아 전기를 만들 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

발전기를 가로, 세로 2㎝인 크기로 만들었을 때 출력은 875㎼(마이크로와트)를 기록했다. 이 발전기로 온도 감지용 블루투스 무선센서를 구동할 수 있었다.

발전기 내 미세한 기공이 많은 만큼 표면적이 넓어 정전기 발생량이 늘고 출력도 증가한다. 다공성 구조가 아닌 조건과 비교하면 출력은 3.3배 더 높았다.

실리콘 스펀지 속 미세한 기공들은 PDMS에 수증기를 침투시켜 만든다. 이런 공정을 '증기캡슐공정'(Vapor Capsulation Casting)이라고 한다. 공정이 간단한 만큼 실리콘 스펀지 제작에 10분이 채 걸리지 않는다. 기존 공정으로는 수 시간이 걸렸다. 재료가 물과 고분자화합물, 금속 등인 만큼 연구진은 생산 비용도 낮을 것으로 추정하고 있다.

송현철 연구원은 "쉽고 간단한 공정으로 다공성 구조를 제작했다는 데 의의가 있다"며 "기존의 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

강종윤 단장은 "이번 결과가 센서 네트워크의 자가발전 구현에 핵심 역할을 수행하기를 기대한다"고 밝혔다.

연구결과는 국제학술지 '나노에너지'(Nano Energy) 5월 3일 자에 실렸다.