한국화학연구원(이하 화학연)은 지난 6월 18일 움직이거나 휘어지면 스스로 전력을 생산하는 새로운 압전 하베스팅 기술을 개발했다고 밝혔다. 압전 하베스팅은 압력을 전력으로 변화시키는 기술이다.

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  해당 기술은 유연 압전 영역에 속하는 것이다. 휘는 압력에 의해 전력을 생산하기 때문에 웨어러블 전자기기에 적용 가능하다. 그러면 웨어러블 기기는 외부 전력에 의존하지 않고 자가발전으로 작동될 수 있다.

유연 압전 기술을 구현하기 위해서는 여러 물질을 섞어야 한다. 압력을 받으면 전력을 생산하는 ‘압전 특성을 가진 물질’과 ‘탄성을 가진 고분자 물질’을 잘 조합하는 것이다. 그런데 화학 처리를 거치지 않은 유연 압전의 경우, 입자가 고르게 분산되지 않아 압력을 줘도 전력이 조금밖에 생산하지 않는 문제점이 있었다.

이에 화학연은 세라믹 나노 입자와 고분자 물질을 화학적으로 단단하게 결합해 이 문제를 해결했다. 이는 화학 처리를 거치지 않은 것보다 100배 더 많은 전력을 생산해낼 수 있다.

​지난 3월에는 한국과학기술연구원(KIST) 강종윤 전자재료연구단장 연구팀이 이소불화비닐(Poly Vinyldienfluoride·PVDF)을 이용한 도로용 압전 발전 장치를 개발했다.

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● 자동차가 누르는 압력을 이용

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도로용 압전 발전 장치는 도로 위 자동차가 누르는 압력을 이용해 전력을 생산하는 기술이다. 기존과 다른 점은 인체에 해로운 납이 들어가지 않았다는 것이다.

출력 성능도 뛰어나다. 기존 장치 출력보다 5배 이상 높다. 가로 30cm, 세로 30cm 면적의 발전장치에서 생산한 전력은 최대 620.2mW이다. 내구성도 좋아서 1천만 번 이상의 물리적 충격을 받아도 기능이 저하되지 않는다.

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● 다양한 방법으로 활용되고 있는 압전 하베스팅​

현재 압전 하베스팅은 여러 분야에서 적용되고 있다. 가장 많이 활용되고 있는 곳이 ‘걸음’이다. 앞서 언급했듯이, 걷는 것 또한 압력을 발생시키기 때문에 이를 통해 전력을 얻을 수 있다.

2006년 일본 음지 발전사는 사람의 걸음을 이용해 전력을 생산하는 ‘발전 마루’를 개발했다. 가로, 세로 길이가 각 50cm인 이 마루는 하루 최대 200kW를 생산할 수 있는 것으로 알려져 있다. 참고로 이러한 기술은 지하철 통로와 개찰구에 설치됐으며, 2010년에는 일본 신 에노시마 수족관에 도입됐다.

영국 에너지 회사 페이브젠(Pavezen)은 브라질 리우데자네이루 빈민가의 축구장에 압전 기술을 활용했다. 낮 동안 아이들이 만들어 낸 압력과 진동을 모아 밤에 6개 LED 불을 밝힌다.

국내의 경우 2014년 서울대 김연상 교수와 전자부품연구원(KETI) 권순형 책임연구원 공동 연구팀이 떨어지는 물방울을 이용한 전력 생산 기술을 개발한 바 있다. 이외에도 2001년 필립스는 스위치를 누르는 압력을 이용해 전력을 생산하는 것을 시연하기도 했다. 이처럼 여러 분야에서 압전 에너지를 생산해낼 수 있다.

출처 : http://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EA%B1%B7%EA%B8%B0%EB%A7%8C-%ED%95%B4%EB%8F%84-%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80%EA%B0%80-%EC%83%9D%EA%B8%B4%EB%8B%A4