헬로티 이동재 기자 | DGIST 로봇공학전공 김회준 교수팀이 무연납 다강성 물질을 탑재한 압전-마찰전기 하이브리드 나노발전기를 개발했다. 개발된 발전기는 기존 대비 더 높은 출력 성능을 가져, 향후 웨어러블 의료기기를 포함한 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대된다. 현재 환경오염 물질들로 제작된 전자기기의 배터리를 대체할 친환경 재생에너지원 개발 연구가 계속되고 있다. 이렇게 개발된 다양한 재생 가능 에너지원들 중 표면 간 접촉으로 발생하는 마찰전기 대전현상과 정전기적 유도현상을 바탕으로 전기적 에너지를 생성하는 ‘마찰전기 나노발전기(TENG, Triboelectric Nanogenerator)’와 압전재료가 기계적 에너지를 공급 받았을 때 이를 전기적 에너지로 변환하는 ‘압전 나노발전기’는 모두 낮은 전력 출력이 한계점으로 지적돼 왔다. DGIST 로봇공학전공 김회준 교수팀은 무연납, 무독성의 고분자 세라믹 복합재료인 티탄산 비스무스와 실리콘 오일을 혼합, 고효율의 하이브리드 압전-마찰전기 나노발전기를 개발했다. 이 때 활용된 티탄산 비스무스는 무독성이며 납이 포함돼 있지 않은 친환경 물질로, 신체에 무해하다. 개발된 나노발전기는 기존의 마찰전기
헬로티 김진희 기자 | DGIST(총장 국양)는 로봇공학전공 김회준 교수팀은 금속유기골격체(MOF)를 탑재한 마찰전기 나노발전기를 개발했다고 밝혔다. 친환경적인 소재인 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 이용해 개발된 금속유기골격체는 골격체 내부에 다양한 화학물질을 탑재할 수 있는 능력도 함께 갖춘 소재로, 향후 이를 활용해 새로운 개념의 나노발전기 제작에 큰 영향을 줄 것으로 보인다. 화석연료나 핵연료 같은 현재 주요 에너지원들은 자원고갈, 환경오염 등 다양한 문제점을 갖고 있다. 따라서 자연에서 버려지는 기계, 열, 태양 에너지를 전기에너지로 전환하는 기술에 관심이 높다. 그 중에서도 기계적 에너지를 전기에너지로 전환하는 압전(壓電), 마찰전기 나노발전기는 웨어러블 의료기기, 사물인터넷 센서, 자가발전 전자시스템 등 다양한 분야 적용이 기대되는 유망기술이다. 특히 ‘마찰전기 나노발전기(TENG, Triboelectric Nanogenerator)’는 표면 간 접촉으로 발생하는 마찰전기 대전현상과 정전기적 유도현상을 바탕으로 전기적 에너지를 생성한다. 하지만 기존 TENG의 효율성을 위해 사용해온 세라믹 나노 복합재료는 환경문제와 생체적용에 적합하지
▲ 나노 발전기 출원 동향 [사진=특허청] [헬로티] 자가발전장치인 나노발전기를 주도했던 기술흐름이 압력을 활용하는 ‘압전형’기술에서 정전기를 활용하는 ‘마찰형’기술로 변화하고 있는 것으로 나타났다. 특허청에 따르면, 최근 5년간 나노발전기 관련 특허출원 382건 중 마찰형이 111건, 압전형은 243건으로 조사됐다. 출원비중은 압전형이 64%로 크나, 마찰형의 특허출원은 2012년 0건에서 2015년 42건으로 급증세를 보이는 반면 압전형은 2012년 78건에서 2015년 39건으로 급감한 것으로 나타났다. 마찰형 나노발전기의 최근 5년간 세부 출원 동향을 살펴보면, 학계 출원이 73%로 산업계 출원을 압도하고 발전소자의 소재 자체에 대한 출원은 10%에 불과한 것으로 나타났다. 때문에 마찰형 나노발전기 기술수준이 바로 상용화가 가능한 단계까지는 도달하지 못한 것으로 보인다. 마찰형은 압전형보다 제작이 쉽고 발전소자의 구조를 제어함으로써 더 큰 출력을 얻을 수 있다. 또한, 마찰형 자가발전장치는 별도의 충전 없이 스스로 주변에너지를 수확해 전원을 공급하기 때문에 반영구적 전원장치가 될 것으로 보인다. 특히, 네트워
ⓒGetty images Bank [헬로티] 겨울철 외출을 위해 털이 복슬복슬한 스웨터를 입다가 정전기 때문에 따끔했던 경험은 누구나 한번쯤 있을 것이다. 이렇듯 정전기는 일상생활에서 피하고 싶은 대상이었다. 그런데 최근 웨어러블 기기의 등장으로 자가발전장치인 나노발전기가 주목받고 있다. 배터리 교체나 외부 충전이 필요없는 반영구적 전원장치인 '나노발전기'는 무선 네트워크 등에 장착되는 각종 센서나 웨어러블 기기를 위한 미래 대체전원으로 기대를 모으고 있다. 나노발전기 기술은 크게 두 가지로 구분되는데, 압전소자에 미세한 압력을 가하면 전기가 발생하는 압전효과를 이용한 '압전형'과 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 생기는 정전기를 이용하는 '마찰형'이 있다. 그동안 나노발전기를 주도했던 기술은 압력을 활용하는 '압전형'이었지만 최근 정전기를 활용하는 '마찰형' 기술로 변화하고 있는 흐름으로 나타났다. 10일 특허청에 따르면 나노발전기 관련 특허는 최근 5년간 총 382건 출원됐고, 이 중 '압전형'은 243건, '마찰형'은 111건으로 조사됐다.출원비중은 압전형이 64%로 크지만 분야별 출원추이는 '마찰형'의 특허출원이 최근 3년간 42건으로 급증세를 보이고
국내 연구진이 천연 바이오 재료인 실크를 마찰시켜 발생시킨 정전기로 마찰 전기 발전기를 개발하는데 성공했다. 이번 연구는 오일권 교수팀(KAIST)이 미래창조과학부가 지원하는 리더연구자지원사업을 통해 수행한 것이다. 기계적 에너지를 이용한 에너지 하베스팅은 자가 발전 시스템으로 활용하기 위한 기술적 잠재력이 무궁무진하여 그동안 많이 연구되어 왔다. 최근에는 마찰을 이용한 에너지 하베스팅이 기존의 압전형 나노발전기보다 제작의 편리성, 고출력, 비용효과적인 특성으로 인해 여러 연구자들로부터 새롭게 주목을 받고 있다. 에너지 하베스팅은 주변 환경에서 버려지는 에너지를 전기에너지로 변환하여 이용하는 것을 말한다. 하지만 마찰형 나노발전기를 실생활에서 사용하거나 현재 각광받고 있는 인체 친화형 전자기기로 사용하기 위해서는 표면적을 넓히기 위한 복잡한 공정 과정, 고가 장비 사용, 인체 유해물질 사용 등은 개선되어야 할 부분으로 남겨져 있었다. 이에 실험을 통해 천연 재료인 실크와 플라스틱 계열 폴리이미드를 마찰시켜 정전기가 발생하는 것을 발견했으며, 표면 전하 측정을 통해 두 재료의 일함수를 구해 실크는 폴리이미드보다 상대적으로 전자를 잘 잃고, 반대로 폴리이미드는
국내 연구진이 일상에서 버려지는 마찰전기를 모아 전력으로 재활용하는 나노발전기 제조에 있어서 복잡한 제작과정을 단순화하는 공정기술을 개발했다. 개발자인 포스텍 김동성 교수 연구팀에 따르면 저비용, 고효율, 고속생산의 대량생산이 기대된다. 김동성 교수는 “이번 연구를 통하여 얇고 투명하며, 휘어지는 접촉대전 나노발전기를 값싸고 빠르게 제작할 수 있는 상용화 기술을 세계 최초로 보고함으로써 산업적인 파급효과가 매우 클 것으로 예상하며, 웨어러블 전자기기와의 융합을 통해 새로운 산업에도 폭 넓게 응용이 가능하다”고 말했다. 최근 전 세계적으로 이목을 끌고 있는 에너지 수확 기술 중 하나인 접촉대전 나노발전기술은 두 개의 서로 다른 물질이 접촉할 때 생성되는 마찰전기와 이에 수반되는 유도전하를 이용한 ‘만지면 전기가 생성되는 발전 기술’이다. 기존의 다른 에너지 수확기술들과 비교했을 때 높은 효율성과 뛰어난 접근성 등의 장점을 가지고 있어 주목을 받아왔다. 하지만 현재까지 제안된 대부분의 나노구조를 포함한 접촉대전 나노발전기 제작은 진공공정을 포함한 고비용 공정을 필요로 하고, 표면 이송 및 전극 결합 등의 추가적인 후처
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