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[ECO ZOOM] "흔들어 주세요" 몸 움직임 이용한 나노발전기 개발
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  • 2018-10-08 12:35:20


 

키네틱 (kinetic) 에너지에 대한 연구가 활발한 가운데 국내 연구진이 일상적인 신체 움직임을 이용해 전기를 생산, 휴대전화 같은 모바일기기를 충전할 수 있는 나노발전기를 개발했다. 키네틱 에너지는 외부의 영향을 받지 않고 에너

지를 생산할 수 있어 최근 많은 관심을 끌고 있는 분야이다.

사 진 제 공 . K A I S T 최 양 규 교 수​

 

에너지 수확기술 연구 활발

한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 최양규 교수와 김대원 박사 연구팀이 지난 1월11일 선보인 나노발전기는 고분자 가루를 마찰전기 생산 물질로 사용, 모든 방향의 움직임에서 전기를 생산할수 있다. 웨어러블 소자와 인체 삽입형(implantable) 소자, 무선 센서 등 소형 전자소자가 빠르게 발전하면서 몸 움직임이나 체온 등과 같이 주변의 버려지는 에 너지로 전기를 생산, 공급하는 에너지 수확(energy harvesting) 기술이 널리 연구되고 있다.

 

마찰 대전 방식 출력높고 저렴

에너지 수확 기술로는 현재 특히 전자기적 방식이나 압전체 방식이 있다. 전자기적 방식은 대형화에 적합한 구조. 소형화했을 때 에너지 변환효율이 낮아 출력에너지를 높이기 어렵다. 압전체는 누르거나 만졌을 때 전기를 만들어내는 첨단 소재로 에너지변환 효율은 높지만 유전체 재료가 비싸고 제작공정이 복잡해 실용화가 어려웠다. 이런 문제를 극복할 방안으로 마찰-대전 현상(contact-electrification)을 이용한 에너지 수확 기술이 떠오르고 있다. 마찰대전은 물체가 마찰을 일으켰을 때나 마찰에 의하여 접촉 위치가 이동하여 전하 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상. 높은 에너지 출력과 저렴하고 다양한 재료, 간단한 디자인, 저온공정 등이 장점이다. 연구진 설명에 따르면 이번에 선보인 나노발전기는 대전물질로 가루를 사용했기 때문에 형태나 크기를 원하는 대로 제작할 수 있고, 재료와 제조방식 모두 기존의 다른 방식 에너지수확 장치보다 비용이 월등히 저렴하다고 한다.​​

 

30㎐ 이내 진동으로 휴대전화 충전

또한 대전물질인 불소계 고분자가루가 외부에 노출되지 않아 주변환경에 관계없이 상용화가 가능하며, 인체 움직임 정도인 30㎐ 이내의 진동으로 휴대전화 충전이 가능한 전기를 생산한다고 연구진은 밝혔다.최 교수는 “마찰대전 에너지 수확장치는 실리콘 기반공정을 그대로 적용할 수 있고 소재물질의 다양성, 가격경쟁력, 접근 용이성 등이 커 운동에너지 수확 기술의 응용범위를 모바일 기기 등으로 다양하게 확장시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 이 연구는 미래창조과학부 한국연구재단과 나노종

합기술원 (NNFC) 지원 사업으로 수행됐으며 연구 결과는 미국화학회(ACS) 학술지 'ACS 나노' 12월23일자 온라인판에 게재됐다.​

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