모든 동작에서 발생한 마찰을 전기에너지로 생산!

제주대 배진호 교수팀, ‘입자 마찰전기 나노발전 소자’ 개발

세계 최고수준 저널 ‘나노 에너지’에 논문 게재

모든 동작에 반응해서 에너지 수확이 가능해 더욱 효율적으로 휴대용 웨어러블 전자기기들의 보조전원으로 활용될 수 있는 입자 마찰전기 나노발전 소자가 제주대학교 연구진에 의해 개발됐다.

제주대 해양시스템공학과 배진호 교수(BK+ 빅데이터 기반해양융합전문인력사업단장) 연구팀은 직경 6 μm(마이크로미터) 이하의 셀룰로스 입자(cellulose particles)와 빠르게 친환경 분해가 되는 젤라틴 캡슐(gelatin capsule)을 이용한 마찰전기 나노발전 소자를 개발했다고 15일 밝혔다.

마찰전기 나노발전기란 두 물체가 접촉 혹은 마찰시 발생하는 대전 현상을 이용해 역학적 에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 장치로 소자마다 마찰이 일어날 수 있는 한두 방향의 동작에서만 에너지 수확이 가능하다.

이러한 제한된 동작에서만 에너지 수확이 가능한 마찰전기 나노발전소자의 한계를 극복하고자 배진호 교수팀은 셀룰로스 입자가 젤라틴 캡슐 안에서 자유롭게 운동하며 젤라틴 벽에 부딪치는 순간 마찰전기를 생산할 수 있음을 최초로 규명했고 이를 입자 마찰전기 나노발전기라고 했다. 이 연구는 임의의 방향에서 작은 힘에서도 쉽게 매우 작은 입자들이 움직이기 때문에 모든 방향에서 전기 에너지를 생산할 수 있다는 것이다.

제작된 마찰전기 나노발전소자는 1개의 캡슐소자가 5.488 mW의 전기를 생산하고, 16개의 캡슐을 병렬로 연결했을 때 70 mW의 전기를 생산한다. 특히 에너지 효율은 최대 74.35%로 매우 우수하다.

배 교수팀은 “이러한 연구결과로 보아 이번에 개발된 나노발전소자는 휴대용 웨어러블 전자기기들이 일정한 방향이 아닌 무작위로(Random) 움직이기 때문에 더욱 효율적인 웨어러블 보조전원으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다”고 설명했다.

이번 연구결과 논문(교신저자 배진호 교수, 메인 제1저자 사키브 카지 무하마드 박사, 공동 제1저자 샤우캇 리얀 알리 박사과정 대학원생)은 ‘particle triboelectric nanogenerator (P-TENG)’(입자 마찰전기 나노발전기) 제목으로 세계 최고수준의 저널인 ‘Nano Energy(100권)’에 실렸다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원의 중견연구 및 해외우수과학자유치사업과 해양수산부의 제주씨그랜트사업 지원으로 수행됐다.