한국화학연구원(원장 이미혜)은 이수연·최영민 화학소재연구본부 박사팀이 늘리고 굽히는 등 어떠한 형태로 변형해도 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 정전기 소재를 개발했다고 14일 밝혔다.

자가발전 소재는 여러 형태가 연구되고 있다. 정전기를 이용한 연구가 세계적으로 활발하다. 정전기를 이용한 자가발전 소재는 보통 대전특성(물체가 전하를 띠는 속성)을 가진 서로 다른 두 가지 물질이 마찰할 때 생기는 전하 이동으로 전기를 생산한다. 기존 소재들은 주로 변형이 없는 형태에서 마찰만 시켜 정전기를 발생하는 방식으로, 웨어러블 기기 적용에 한계가 있다.

새로운 정전기 발생소재는 늘림과 굽힘의 물리적 형태변형시 320V 출력전압과 45μA 출력전류를 발생시켰다. 외부 배터리 연결 없이 LED를 20개 이상 구동시켰다.

연구팀은 늘리거나 구부려도 소재 자체 전도성이 변하지 않고 기하학적 구조만 변하는 새로운 전극 소재층을 개발했다. 표면에 대전특성이 강한 폴리우레탄폼을 코팅해 두 층을 하나의 물질로 융합했다. 우레탄폼은 올록볼록한 돌기로 형성, 늘리거나 구부릴 때 마찰 표면적을 최대화해서 정전기가 잘 발생할 수 있도록 한다.

이 소재는 단순히 늘어났을 때보다 '늘림'과 '구부림'을 동시에 가했을 때 5배 더 많은 전기를 생산해내는 것으로 나타났다. 320볼트(V) 출력 전압이 발생했다. 4차 산업혁명 시대에 필수적인 스마트 워치, 헬스케어 밴드 등 웨어러블 기기뿐만 아니라 사물인터넷(IoT) 자가발전 센서 등에 핵심 소재로 활용할 수 있다.

연구팀은 고효율 슈퍼커패시터 소재 개발, 에너지 발생과 저장이 통합된 모듈 개발 등 후속 연구를 진행하고 있다. 연구결과는 에너지 분야 권위지 'ACS E에너지 레터스' 11월호 표지논문으로 게재됐다.

이수연 박사는 “이번에 개발한 소재는 마찰대전 특성이 큰 고분자 소재를 다양한 형태 변형이 가능하도록 새롭게 디자인해 기존 소재 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있도록 한 것”이라며 “한국·미국·유럽·중국 특허 권리를 확보하거나 확보 중”이라고 말했다.

출처 : 전자신문(https://www.etnews.com/20201214000087)