팔을 움직이니 전구에 불이 번쩍… 옷이 전기를 만든다

KIST, 마찰·땀 활용한 발전 섬유 개발
여러번 세탁해도 성능 그대로 유지

한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구센터 연구진이 스마트 의류용 섬유를 팔에 두른 뒤 팔을 움직이자 LED 100개에 불이 들어왔다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 팔을 감싸는 옷감에 LED 100개를 연결하고 움직이자 LED 전구에 불이 들어왔다. 이 옷감은 마찰과 땀을 전기로 바꿔주는 마찰전기 발전 섬유와 땀 전지 섬유로 만들어졌다.

한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구센터 송현철·장지수 박사팀은 사람이 활동하면서 생기는 마찰과 땀을 전기로 만드는 실을 만들었다고 15일 밝혔다. 이 실로 옷감을 짜 옷을 만들면 별도의 전력원 없이도 의류형 전자기기나 웨어러블 기기를 사용할 수 있다.

송현철 박사는 "이 기술은 의류형 전자기기나 웨어러블 디바이스 전분야에 활용 가능하다"며, "특히 소방관, 군인, 산악인 등 극한 환경에서 활동하는 종사자들을 위한 전원공급원으로 사용할 수 있다"고 말했다.

또 "스마트 의류에 적용해 다양한 신체 정보들을 제공해주는 센서로 활용하기 위한 추가 실험도 진행 중"이라고 덧붙였다.

많은 연구자들이 만들어낸 마찰전기 섬유는 습도에 취약해 주변 습기나 사람 땀에 의해 전력 효율이 낮아지고, 땀 전지는 만들어내는 전력이 너무 작아 활용이 어려웠다.

연구진은 다양한 습도 조건에서도 전기를 만들어낼 수 있도록 마찰전기 섬유와 땀 전지 섬유를 엮어 옷감을 만들었다.

우선 탄성중합체와 혼합된 설탕을 녹이는 간단한 제조 공정을 통해 마찰전기 섬유의 마찰 표면적을 증가시켜 에너지 효율을 향상시켰다. 또한 땀 전지 섬유는 이온 염과 파릴렌을 코팅해 발전 성능을 향상시키고 비대칭적인 젖음을 유지하도록 만들었다.

이 섬유로 옷감을 짜 사람이 활동할 때 발생하는 마찰 뿐만아니라 마찰전기 섬유의 전력 효율을 저하하는 습기와 땀까지 에너지원으로 활용했다.

한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구센터 연구진이 개발한 스마트 의류용 섬유를 설명하는 이미지. KIST 제공

연구진은 이 옷감의 성능을 테스트했다. 마찰전기 섬유 1개와 땀 전지 섬유 32개를 이용해 옷감을 짜 팔에 두른뒤 팔을 굽혔다 폈다를 반복했다. 그러자 별도 배터리 없이도 팔의 움직임과 땀으로 3V와 20㎃의 위치추적 센서를 작동시켰다. 또한 LED 전구 100개에 불을 켜는데 성공했다. 즉 마찰전기 옷감과 땀 전지 옷감에서 1㎠당 각각 166㎼, 5.4㎼의 전기를 만들어냈다.

이와함께 내구성 테스트를 해 본 결과, 10번 이상 세탁을 반복해도 전기를 만드는 성능이 그대로 유지됐다.

연구진은 "이 스마트 의류용 기능성 섬유는 단순한 코팅 공정과 직조 기술만으로도 대면적, 대량 생산이 가능해 제작 단가와 공정시간을 획기적으로 절감할 수 있다"며 상용화 가능성을 설명했다.

한편 연구진은 이 스마트 의류용 기능성 섬유를 에너지 재료 분야의 권위지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자