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보도자료

생활 속 발생하는 정전기로 전자기기 충전 및 구동 가능한 기술 나온다

등록일 : 19-06-11
전자재료연구단 송현철, 강종윤 박사팀
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- 쉽고 간단한 공정으로 고내구성/고출력의 스펀지 나노발전기 개발

- 정전기로 블루투스 센서를 충전 및 구동, 향후 사물인터넷 응용 기대

정전기는 생활 속 불편함을 주기도 하고, 반도체 제조 공정에서는 반도체 칩의 불량을 발생시키기도 하는 골칫덩이이다. 이러한 정전기를 비롯한 진동, 빛 등 우리 주변에서 버려지는 에너지들을 수확하여 전기 에너지를 만들 수 있다면? 최근 신재생에너지로 에너지 전환기에 이르면서 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꿔주는 에너지 하베스팅*(Energy harvesting)기술이 전 세계적으로 크게 주목받고 있다.

*에너지 하베스팅(Energy harvesting) : 우리 주변에서 버려지는 진동, 열, 빛, 전파 등의 에너지를 수확하여 우리가 쓸 수 있는 전기 에너지로 변환하는 기술

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 송현철 박사, 강종윤 단장 연구팀은 에너지 하베스팅 기술의 일종으로 생활 속 불편한 존재였던 정전기를 이용하여 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성·고출력 나노발전기를 개발했다고 밝혔다.

KIST 연구진은 증기캡슐공정**(Vapor Capsulation Casting)을 이용하여 물과 실리콘(PDMS, Polydimethylsiloxane)만으로 미세 기공을 가지는 실리콘 스펀지를 짧은 시간 내에 간단히 제작할 수 있는 방법을 개발하였다. 형성된 미세 기공이 전체 표면적과 정전용량을 향상시켜 정전기 발생량을 크게 증가시켰으며, 이를 이용해 고내구성·고출력을 지니는 정전기 나노발전기를 개발하였다.

**증기캡슐공정(Vapor Capsulation Casting) : 증기의 열운동 에너지를 이용하여, PDMS와 같은 매질에 수증기를 침투시켜 다공성 구조체를 제작하는 공정기술.

기존의 나노발전기는 복잡하고 어려운 공정이 필요했다. 하지만 이번 KIST 연구진이 개발한 공정을 이용하면 제작 시간과 비용을 크게 단축할 수 있어 나노발전기의 실용화를 앞당길 것으로 전망하고 있다. 또한 연구진은 증기캡슐공정의 변수들을 면밀히 조사하여, 다공성 구조***의 제어 방법을 확립하였는데, 이러한 다공성 실리콘 소재는 여러 연구 분야에 다양하게 활용 및 적용될 것으로 기대된다.

***다공성 구조 : 체적의 15~95% 정도가 기공으로 이루어진 구조로 기존의 치밀한 구조가 가지지 못하는 새로운 특성을 가지고 있는 구조.

KIST 연구진은 개발한 정전기 나노발전기를 이용하여 실제 실내온도나 위치 등을 파악하는 블루투스 무선 센서 등을 구동하는데 성공했다. 향후 4차 산업혁명의 핵심기술 중 하나인 사물인터넷을 비롯하여, 무선 센서 네트워크나 웨어러블 전자기기의 자율전원으로써 핵심적 역할을 수행할 수 있을 것으로 보인다.

본 연구를 주도한 KIST 송현철 선임연구원은 “이번 연구결과로 쉽고 간단한 공정을 이용하여 다공성 구조를 제작하였다는데 큰 의의가 있으며, 기존의 에너지 하베스팅 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것으로 기대한다.”고 언급했으며, KIST 강종윤 책임연구원(전자재료연구단장)은 “현재 여러 가지 에너지 하베스팅 기술들을 개발 중에 있다. 이번 연구결과로 인해 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있기를 기대한다.”고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회(이사장 원광연) 창의형 융합연구사업으로 수행되었다. 경희대학교 최덕현 교수와 공동연구로 진행된 본 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘Nano Energy’(IF : 13.12, JCR 4.452%)의 최신 호에 게재되었다.

* (논문명) Double layered dielectric elastomer by vapor encapsulation casting for highly deformable and strongly adhesive triboelectric materials

- (제1저자) 한국과학기술연구원 Hai Bo Xu 연구원(박사후 연구과정)

- (교신저자) 한국과학기술연구원 송현철 선임연구원

한국과학기술연구원 강종윤 단장(책임연구원)

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