실리콘 스펀지 마찰효과 이용…고효율 나노발전기 개발(06.10)

백정민 UNIST·김상우 성균관대 교수 공동연구

종전 나노발전기보다 에너지효율 20배 높아

▲ 스펀지 구조 기반의 나노발전기(가)와 주사전자현미경(나), 스펀지 나노발전기를 이용한 75개의 LED 발광 이미지

(다). ⓒ 2014 HelloDD.com

실리콘 스펀지를 마찰시켜 전기 생산 효율을 종전보다 최대 20배까지 높일 수 있는 새로운 고효율 나노발전기가 개발됐다.

백정민 UNIST 교수와 김상우 성균관대 교수 공동 연구팀은 실리콘 스펀지를 금속 전극과 마찰시켜 전기를 생산하는 고효율 나노발전기를 개발했다고 10일 밝혔다.

연구결과는 재료과학분야의 세계적 저널인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 온라인판에 지난달 게재된데 이어 7월호 표지논문으로 출판될 예정이다.

나노발전기는 압력이나 구부림으로 물체가 늘어날 경우 전기가 만들어지는 '압전효과'를 이용한 것으로, 전선이나 배터리가 없어도 자체적으로 에너지 공급이 가능해 새로운 미래 에너지원으로 주목을 받고 있다. 그러나 에너지 효율이 낮고 제작공정이 복잡해 상용화가 어려운 것이 단점이었다.

연구팀이 개발한 새로운 나노발전기는 실리콘을 수없이 많은 미세구멍을 가진 스펀지 구조로 만들어 압력을 가함으로써, 스펀지 내부의 미세 구멍들이 마찰 전기를 일으키는 동시에 스펀지를 둘러싼 금속전극과도 표면마찰을 일으켜 발전효과를 극대화시켰다.

스펀지 구조 나노발전기는 기존 나노발전기 제작에 필요했던 고온·고압 없이도 간단하게 대량 생산이 가능해 생산단가를 크게 낮출 수 있다. 또 대면적 생산도 가능해 발전 효율을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.

백정민 교수는 "새로운 나노발전기는 기존의 단순 압전효과 대신 스펀지 구조로 만든 실리콘 내부의 미세한 구멍 간 마찰효과를 이용했다"며 "에너지 효율을 최대 20배까지 높이고 상용화의 길도 열었다는 점에서 의미가 크다"고 밝혔다.

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

한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 등의 지원을 받아 수행됐으며 성균관대 이근영 박사과정생, UNIST 천진성 박사과정생, 김주영 교수, 이화여대 김명화 교수 등이 참여했다.