• 고분자 재료 표면에 전하 삽입해 에너지 높여
  세계적 학술지 ‘나노 에너지’ 온라인판 게재

[헤럴드경제=장연주 기자] 최근 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꾸는 ‘에너지 수확기술(energy harvesting)’이 떠오르면서, 서로 다른 물제의 마찰로 인해 생기는 정전기에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.

정전기는 전류가 흐르지 않아 치명적인 피해를 주지 않지만, 전압은 수만 볼트에 달한다. 정전기는 고체끼리 접촉할 때 발생하는 것으로 생각하기 쉽지만, 학계에서는 액체와 고체가 접촉했을 때도 정전기가 발생한다는 사실에 주목했다. 다만, 고체 간 접촉으로 발생하는 정전기 보다 그 양이 매우 적다는 한계가 있었다.

경희대학교의 최동휘 기계공학과 교수 연구팀은 최근 이 같은 한계를 효과적으로 해결하는 방법을 제시했다.

고분자 재료 표면에 전하를 안정적으로 삽입하는 기술을 개발해 기존보다 높은 양의 에너지를 얻을 수 있게 된 것이다. 연구결과는 물리 화학 분야의 권위 있는 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 온라인 최신판에 게재됐다.

이번 연구는 한국기술교육대학교 박성제 교수, 라문우 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다.

더욱이 제1저자로 참여한 장순민(기계공학과 석사 1기) 학생이 학부연구생부터 대학원 진학 이후까지 진행한 연구로 더욱 의미가 있다.

기본적으로 물방울이 에너지 수확소자에 닿아 움직이면 정전기가 발생해 에너지가 모인다. 기존에 수확소자 표면에 작은 돌기를 만들어 에너지를 높일 수 있다는 연구결과는 많았지만, 돌기를 만드는 것이 어렵고 투명하지 않다는 것이 단점이었다. 액체와 고체의 접촉은 투명한 것에 응용하기 좋은 애플리케이션인데 뿌옇게 되면 그 장점을 살리기 힘들다.

이를 극복하기 위해 최 교수 연구팀은 표면 구조의 변화, 즉 돌기를 형성하기보다 임의로 전하를 삽입하면 에너지가 높아질 것이라는 가설을 세우고 실험을 진행했다.

그 결과 지금까지 한 번도 보고된 바가 없을 정도로 굉장히 높은 에너지가 나왔다. 이를 통해 투명하고 쉽게 휘어질 수 있는 에너지 수확장치 혹은 자가 발전 센서를 개발할 수 있게 됐다.

이번 연구의 가장 큰 장점은 에너지양이 많아졌다는 것이다.

최동휘 교수 연구팀이 바닷물과 비슷한 농도의 용액을 만들어서 실험한 결과, LED 디스플레이를 켤 수 있을 정도로 에너지가 모였고, 간단한 전자기기 또한 구동할 수 있었다. 따라서 우리 주위의 물을 에너지 수확장치에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

최 교수 연구팀은 기존에 널리 쓰이고 있는 재료 가공방법을 수정, 보완 및 최대한 활용해 손쉽게 상용화할 수 있는 다양한 제품을 개발해 연구하는 것을 목적으로 한다.

최 교수는 “에너지 수확장치 개발은 하나의 응용 분야”라며 “산업체에서는 활용되고 있지만 학문적으로는 연구가 활발하게 이뤄지고 있지 않은 분야, 현장에서 쓰는 기술을 연구에 도입해 재료의 특성을 좋게 한다든가 이를 활용해 값싸게 대량으로 만들어내는 방식을 연구해 나가고자 한다”고 말했다.

yeonjoo7@heraldcorp.com