DGIST 김회준 교수팀, 코코넛 껍질 분말을 충전재로 한 압전 나노발전기 개발
[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 김회준 교수팀이 버려지는 코코넛 껍질 분말을 충전재로 사용해 압전 나노발전기를 개발했다.
이 나노발전기는 LED 전구, 전자계산기와 같은 소형 전자기기를 작동시킬 만큼 전기를 만들어냈다. 또한, KF94 마스크에 부착해 사용자의 호흡과 기침 패턴 분석에 활용했다. 그 결과, 추출된 호흡패턴의 분석을 통해 건강의 이상 유무 판단이 가능했다.
김회준 교수는 5일 "코코넛 껍질 기반의 에너지 하베스터를 이용한 소형 전자기기나 기침 패턴 분석은 외부 전력 없이도 가능했다"며 "친환경 소재에도 우수한 압전 특성이 존재해 기존 재료의 한계를 뛰어넘을 수 있다"며 이번 연구성과에 대해 설명했다.
압전 에너지 하베스팅 기술은 우리 삶속에서 발생하는 다양한 기계적 진동이나 움직임으로부터 에너지를 수확하는 차세대 친환경 에너지 기술이다. 하지만 기존의 압전 소재들은 납 같은 유해하고 충격에 취약한 단단한 소재들이 대부분이다.
연구진은 코코넛 껍질에 주목했다. 단단한 코코넛 껍질의 섬유에서 균일한 결정을 가진 형태로 구성된 셀룰로오스 구조를 관찰했다. 방향성을 지닌 셀룰로오스 나노결정은 압전성을 지니고 있어 다양한 에너지 또는 자가발전 센서로 활용할 수 있다.
연구진은 이를 활용해 코코넛 껍질의 섬유로부터 고순도의 파우더를 추출하는 공정을 통해 압전 나노파우더를 확보하고 이를 압전 폴리머인 폴리불화비닐(PVDF)에 적용해 고효율 압전 에너지 하베스터를 개발했다.
코코넛 파우더-PVDF 복합체의 특성분석을 통해 기존 PVDF보다 우수한 압전성을 확인했으며, 이를 기반으로 제작된 에너지 하베스터는 약 16배 높은 출력전압과 12배 높은 출력전류량을 달성했다.
한편, 이번 연구결과는 친환경 에너지 분야 국제 학술지인 '지속 가능한 재료와 테크놀로지(Sustainable Materials and Technologies)'에 게재됐다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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