숨 쉴 때마다 전기생산... LED전구 130개가 '반짝반짝'

중앙대 이상민 교수팀이 만든 마찰전기 나노발전기(TENG)를 방독면 정화통에 적용시 숨을 쉴때마다 LED전구 130개에 불이 들어왔다. /이상민 교수 제공

[파이낸셜뉴스] 중앙대 기계공학부 이상민 교수팀이 숨쉬는 것만으로 전기를 만들어내는 방독면 정화통을 개발했다. 이 정화통은 공기 정화기능에 마찰전기 나노발전기(TENG)를 추가했다. 실제 테스트 결과, 숨을 들이마실 때마다 LED 전구 130개에 불이 들어왔다.

중앙대 이상민 교수팀, 전기 만드는 방독면 정화통 개발

이상민 교수는 1일 "방독면은 화재나 화학가스 노출과 같은 비상시에 광범위하게 사용되기 때문에, 이 발전기를 방독면에 적용하는 데 초점을 맞췄다"고 말했다.

이 정화통이 여러 센서를 작동시킬만큼의 전기를 만들어 내 방독면에 조난 신호 센서 이외에도 가스유출 감지센서 등도 사용할 수 있다.

예를 들어 화재나 재난상황에서 이 정화통을 사용하는 방독면을 쓰면 호흡할때마다 불이 켜지면서 구조대원들이 구조하는데 수월하게 끔 하기 위해 사용할 수 있다. 또, 방독면에 충전 배터리와 GPS센서를 장착해 사용하는 것도 가능하다. 방독면은 재난상황이 일어나기 전까지 오랫동안 보관해 놓고 있어 일반 배터리는 방전되기 쉽다. 이를 감안해 방독면을 착용하고 숨을 쉬면서 배터리를 충전하고 GPS센서를 작동시켜 고립된 사람의 위치를 알릴 수 있다.

전기화학 분야의 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)' 표지에 실린 이상민 교수팀의 마찰전기 나노발전기 개발 논문. /이상민 교수 제공

휴대용 전자제품·무선데이터 전송 활용 가능

연구진은 정화통 내부에 알루미늄과 공기탄성 유전체인 '폴리이미드'를 이용해 전기를 만들어내는 '흡입식 구동 수직 떨림 TENG(IVF-TENG)'을 개발했다.

IVF-TENG는 알루미늄 입구 전극-공기탄성 유전체 시트(폴리이미드)-알루미늄 출구 전극으로 이뤄졌다. 공기 탄성 시트는 4개의 슬릿(틈)이 있는 4개의 세그먼트(조각)로 만들었다. 이 공기 탄성 시트는 공기 흐름에 따라 수직으로 펄럭거린다.

원리는 호흡을 할때마다 알루미늄 전극 사이에 있는 폴리이미드가 떨리면서 전기를 만든다. 이상민 교수는 "매우 작은 호흡에서도 연속적인 전기를 만들어낼 수 있는 호흡 구동 장치"라고 설명했다.

이 발전기는 흡입 시 연속 고주파 전기 전압(17V)과 1.84μA의 폐쇄 회로 전류를 만들어냈다. 숨을 들이마시는 과정에서 시작과 종료때 456V의 정전기 방전 전압과 288mA의 폐쇄 회로 출력 전류를 만들어냈다. 또 숨을 들이마실때마다 직렬로 연결된 LED 전구 130개에, 별도로 병렬로 연결시에도 LED 전구 140개에 지속적으로 전력을 공급해 불이 들어왔다.

아울러 블루투스 추적기에 전력을 공급하고, 스마트폰에 신호를 보내기 위해 660μF 커패시터를 충전할 수 있다. 이 같은 특성은 휴대용 전자제품과 무선 데이터 전송에 IVF-TENG의 응용 가능성을 보여주고 있다.

한편, 연구진은 이번 연구결과를 전기화학 분야의 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자