마찰전기 발전기로 600V 출력 전압 얻었다

GIST, 다공성 탄소로 마찰전기 발전기 개발
LED 전구 켜… 웨어러블 기기나 IoT에 활용

마찰전기 발전기. GIST 제공

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST) 에너지융합대학원 박찬호 교수와 전남대 고분자융합소재공학부 박종진 교수팀아 정전기를 전기에너지로 바꾸는 마찰전기 발전기를 개발했다. 이 발전기는 최대 600V의 출력 전압을 얻어 냈으며, 이를 이용해 LED 전구를 켰다. 연구진은 이 발전기가 웨어러블 기기나 사물인터넷(IoT) 등에 활용될 수 있을 것이라고 전망했다.

박찬호 교수는 30일 "다공성 탄소 소재를 활용해 주변에서 버려지는 마찰전기나 정전기를 실제 활용할 수 있는 전기로 수확할 수 있는 디바이스를 만들었다"며 "향후 소재 개발을 통해 실제 웨어러블 디바이스에 적용할 계획"이라고 말했다.

마찰전기 에너지는 서로 다른 물질이 마찰할때 양전하와 음전하로 분리되면서 만들어진다. 주로 겨울철 문 손잡이를 만질 때 따끔거리거나, 머리카락이 뜨는 현상이 일어날때 생긴다.

연구진은 다공성 탄소 세 종류를 쌓아 마찰전기 발전기를 만들었다. 기존에 다공성 탄소를 사용하지 않은 마찰전기 발전기의 경우 15.2V의 출력 전압을 나타냈지만, 연구진이 만든 발전기는 기존보다 약 40배 향상된 600V의 출력 전압을 얻었다.

연구진은 다공성 탄소의 단위 면적당 표면적인 '비표면적'이 클수록 전하를 잘 붙잡고 작을수록 전하 이동이 빨라지는 현상에 주목했다. 서로 다른 비표면적을 가진 다공성 탄소 세종류를 층층이 쌓아 전하의 이동을 제어함으로써 마찰전기 저장 효율을 향상시켰다.

박종진 교수는 "마찰전기를 담아낼 수 있는 다공성 소재 개발은 최근 다양한 마찰전기 기반의 에너지 수확 시스템에서 높은 효율의 에너지 발생 효율을 기대할 수 있고, 웨어러블 디바이스에 필요한 자가 발전 소재로 응용 가능한 핵심 소재로 기대된다"고 말했다.

기존 마찰전기 에너지 하베스팅 연구에서는 단순한 표면 화학구조의 변화나 물리적인 표면적 향상에 초점을 맞춘 반면, 이번 연구는 다공성 탄소를 이용했다. 연구진은 "마찰전기 발전기 재료 내부에서의 전하 이동과 저장 현상을 설명함으로써 후속 연구에서 다양한 소재 개발, 재료 구성의 가능성을 열어두었다"고 설명했다.

한편, 이번 연구는 박찬호 교수와 박종진 교수가 주도하고 전남대학교 차석준 석사과정생과 GIST 김종경 석박사통합과정생이 참여했으며, 연구 결과는 재료 분야의 국제 저명 학술지인 '스몰 메소드(Small Methods)'에 전면 내부 표지 논문으로 지난 18일 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자