누르거나 밟아 전기를 만들 수 있는 ‘스펀지 나노발전기’가 개발됐다.
백정민 UNIST 신소재공학부 교수팀(이하 백 교수팀)은 실리콘 물질을 눌러 전기를 얻는 새로운 방식 나노발전기 개발에 성공했다.
스펀지처럼 많은 구멍이 뚫린 구조에 금속 입자를 넣어 정전기를 발생시키고 여기서 전기를 얻는 원리다.
바닥에 깔면 밟을 때마다 전기를 생산할 수 있다. 출력도 기존 대비 10배 이상 높아 나노발전기 상용화를 앞당길 것으로 전망된다.
나노발전은 나노 크기(10억분의 1m) 물질을 활용해 전기에너지를 생산하는 기술이다. 물질에 미세한 압력을 가하면 나타나는 ‘압전 효과’, 물질 간 마찰로 생기는 ‘정전기’ 등을 이용한다.
백 교수팀이 개발한 기술은 정전기 기반 나노발전기다. 압전 효과 방식보다 많은 에너지를 얻을 수 있고, 정전기 발생에 필요한 공간 문제도 해결해 활용도를 높였다. 기존에 물질 간 마찰로 정전기를 얻으려면 공기가 들어갈 일정한 공간이 필요했다.
백 교수팀은 유전체 박막을 스펀지 구조로 만들고 금속 입자를 스펀지 구멍 속에 넣어 이를 한쪽 방향으로 배열해 구멍 내에서 자연스럽게 정전기를 발생하도록 만들어 이를 해결했다.
백 교수팀은 개발한 나노발전기를 응용해 ‘압력 분포 측정 센서’와 밟으면 전기가 나오는 ‘대면적 매트’ ‘자가 전기 충전기’ 등을 만들었다. 시험 결과 이 장치는 높은 습도 등 다양한 환경에서 안정적으로 작동했다.
백정민 교수는 “공기층을 따로 만들어야 했던 기존 정전기 기반 나노발전기 문제를 해결했다”며 “공기층이 필요 없어 넓은 면적으로 만들기 쉽고, 유연성과 내구성이 높아 안정적으로 높은 전력을 생산할 수 있다”고 말했다.
이번 연구는 삼성미래기술육성사업 지원 아래 수행됐고, 연구 성과를 담은 논문은 재료 분야 저널 ‘에너지와 환경과학(Energy& Environmental Science)’ 11일자 온라인판에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
