실리콘 스펀지 마찰 효과 이용한 고효율 나노발전기 개발

백정민 교수팀 개발 기술 웨어러블 컴퓨터 등 활용 전망

백정민 교수(오른쪽)와 천진성 박사과정

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 실리콘 스펀지를 마찰시켜 기존보다 전기 생산 효율을 최대 20배까지 높이는 새로운 고효율 나노발전기를 개발했다.

울산과학기술대학교(UNIST)는 백정민 신소재공학부 교수와 김상우 성균관대 신소재공학부 교수 공동 연구팀이 실리콘 스펀지를 금속 전극과 마찰시켜 전기를 생산하는 고효율 나노발전기를 개발해 재료과학분야의 세계적 저널인 어드밴스드 머티리얼스에 논문을 발표했다고 10일 밝혔다.

이 논문은 지난달 말 온라인에 게재됐고 7월호 표지 논문으로 선정돼 출판될 예정이다.

기존 나노발전기는 압력이나 구부림으로 물체가 늘어날 경우 전기가 만들어지는 압전효과를 이용한 것으로 전선이나 배터리가 없어도 자체적으로 에너지 공급이 가능해 새로운 미래 에너지원으로 주목 받아 왔지만 에너지 효율이 낮고 제작공정이 복잡해 상용화가 어려운 것이 단점이었다.

새로운 스펀지 구조 나노발전기는 기존 나노발전기 제작에 필요했던 고온, 고압 없이도 간단하게 대량 생산이 가능해 생산단가를 크게 낮출 수 있고, 큰 면적 생산도 가능해 발전 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.

백 교수는 “새로운 나노발전기는 기존의 단순 압전효과 대신 스펀지 구조로 만든 실리콘 내부의 미세한 구멍들 간 마찰효과를 이용해 에너지 효율을 최대 20배까지 높이고, 상용화의 길도 열었다는 점에서 의의가 크다”며 “새로운 나노발전기는 실리콘을 수없이 많은 미세 구멍을 가진 스펀지 구조로 만들어 압력을 가해 스펀지 내부의 미세 구멍들이 마찰 전기를 일으키는 한편 스펀지를 둘러싼 금속전극과도 표면 마찰을 일으켜 발전효과를 극대화시켰다”고 밝혔다.

김상우 교수는 “이미 75개 이상의 성공적인 LED 작동 실험을 통해 상용화 가능성을 확인했다”며 “앞으로 웨어러블 컴퓨터나 생체의료기기, 모바일 기기 등의 자가 전원 또는 보조 전원으로서의 적용 가능성도 열었다”고 설명했다.

(가)는 스펀지 구조 기반의 나노발전기, (나)는 주사전자현미경 사진, (다)는 스펀지 나노발전기를 이용한 75개의 LED 발광 이미지다