날숨만으로도 전기가 만들어졌다

POSTECH, 수분 구동 발전기 개발
전압 1.2V, 전류밀도 2.8mA/㎠
발전기 5개로 전자계산기 등 작동
건강상태 모니터링 마스크 개발중

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 화학공학과 전상민 교수팀은 사람의 숨호흡 속에 섞인 습도만으로도 전기를 생산하는 발전기를 개발했다.

전상민 교수는 "이 발전기를 활용해 중환자나 산업 근로자 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 마스크를 현재 개발 중"이라고 말했다.

이는 자연적으로 발생하는 에너지를 전기 에너지로 바꿔 수확하는 '에너지 하베스팅' 기술로, 탄소 배출을 줄이고, 에너지 효율성과 지속 가능성을 높이는 친환경 기술이다.

14일 POSTECH에 따르면, 이 기술로 만든 발전기가 상대습도 90%일때 1.2V의 전압과 2.8㎃/㎠의 전류밀도를 기록했다. 이는 기존에 비해 각각 2배, 10배 향상된 수치로 지금까지 학계에 보고된 것 중 최고 수준이다.

발전기 테스트에서는 가로 세로가 각각 6㎜ 크기의 발전기를 직렬로 5개를 연결했을때 축전기 없이도 디지털 계산기와 자외선(UV) LED를 작동시켰다.

발전기 제작때 들어간 소재는 청바지를 만들 때 많이 사용하는 색소인 프러시안 블루가 산화된 물질로 제작 비용이 비교적 저렴하다. 또 상온과 상압에서 전기화학적 반응을 일으킬 수 있다는 장점이다.

연구진은 수분 구동 발전기를 개발할때 전극을 바꾸는 방식으로 전력 출력값을 높이려는 기존 연구들과 달리 활성 물질에 주목했다. 활성 물질은 수분을 흡수해 이온이 쉽게 이동할 수 있는 환경을 만들고, 전기화학 반응을 촉진해 전력 생산 효율을 높인다.

연구진은 철과 시안화물 이온을 결합한 '베를린 그린'을 활성 물질로 사용해 수분 구동 발전기용 이중층 부품을 만들었다.

이 이중층 기반의 수분 구동 발전기가 수분을 흡수하자 시안화물 이온 층에 있는 나트륨 이온이 떨어져 나와 베를린그린 복합층으로 이동했으며, 이때 전자가 이동하면서 전기가 만들어진다. 또 이와 동시에 베를린 그린에 나트륨 이온이 삽입돼 베를린 그린이 프러시안 블루로 환원되면서 전기를 추가로 생산했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 수분 구동 발전기를 에너지 환경 분야 국제 학술지 중 하나인 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자