마찰로 전기생산 고효율 나노발전소자 대량생산 기술 개발

포스텍 김동성 교수 "접촉대전 나노발전기 저비용·대량생산 가능"

국내 연구진이 마찰전기를 모아 전력으로 재활용하는 접촉대전 나노발전기 제작과정을 단순화한 저비용·고효율·고속생산의 대량생산 공정기술을 개발했다.

포스텍 기계공학과 김동성 교수팀은 4일 다른 두 물질이 접촉 후 분리될 때 발생하는 전기에너지를 수확하는 접촉대전 나노발전기 제작에 나노임프린팅 공정을 도입, 나노구조가 없는 평판구조보다 발전효율을 10배까지 높이는 데 성공했다고 밝혔다.

한국연구재단의 중견연구자지원사업 등으로 수행된 이 연구 결과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials, 10월 15일자)에 게재됐다.

스마트폰과 태블릿 PC 등 소형 모바일 전자기기에 전기를 공급하기 위해 진동,빛, 열, 전자기파 등 주변에서 버려지는 에너지를 수확해 전기에너지로 변환해 이용하는 에너지 수확(energy harvesting) 기술이 세계적으로 활발히 연구되고 있다.

두 물질이 접촉 후 떨어질 때 마찰전기로 생성되는 유도전하를 이용하는 접촉대전 나노발전기술은 효율이 높은 장점이 있지만 제작과정에 반도체 진공공정 같은 고비용 다단계 공정이 필요해 상용화를 위한 대량생산에 어려움이 있었다.

연구진은 나노 금형을 고분자로 이루어진 필름들과 함께 쌓은 뒤 적절한 열과압력을 가해 표면에 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 크기의 미세한 구조를 형성하는 나노임프린팅 공정을 도입, 나노표면 제작과 전도층 부착공정을 한 번에 해결했다.

이렇게 제작한 접촉대전 나노발전기는 얇고 투명하고 휘어질 뿐 아니라 표면에수백 나노미터 크기의 미세한 구조를 형성, 나노구조가 없는 평판구조보다 에너지발전 효율이 최고 10배 높은 것으로 확인됐다.

연구진은 이 공정을 사용하면 1㎠의 접촉대전 나노발전기를 수분 안에 1달러 정도의 비용으로 제작할 수 있어 상용화 가능성이 크다며 '착용형(웨어러블) 전원 공급 장치'나 '휘는 디스플레이'의 표면에 부착해서 전원보조장치로 사용하거나 태양광과 떨어지는 빗물 에너지를 함께 이용하는 '다중 에너지 수확장치' 등에 응용이가능하다고 설명했다..

김동성 교수는 "이 연구는 얇고 투명하며 휘어지는 접촉대전 나노발전기를 값싸고 빠르게 제작할 수 있는 상용화 기술을 처음으로 보고한 것으로 산업 파급 효과가클 것으로 예상한다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>