박재영 광운대 교수(전자공학과) 연구팀이 나노 신소재를 이용해 고출력의 인체 친화형 마찰전기 나노발전기와 웨어러블 센서 응용기술을 개발했다.

기존의 나노발전기와 달리 연구팀이 개발한 기술은 우수한 신축성, 유연성, 방수 기능이 추가됐다. 손목, 팔꿈치, 무릎 등에 착용이 가능하고 비, 바람 등의 주변 자연환경으로부터 고출력의 전기에너지를 수확할 수 있다. 다양한 휴대 및 웨어러블 기기, 산업에 친환경 전원기술과 센서기술로 폭넓게 활용될 수 있을 것이라 기대된다. 

최근 시장에 출시되고 있는 다양한 센서, 웨어러블 장치, 사물 인터넷(IoT) 신제품들의 소모 전력이 낮아지는 추세다. 이에 따라 인체의 활동과 주변환경으로부터 버려지는 물리적에너지를 전기 에너지로 변환하여 친환경 전원으로 사용하는 기술이 주목받고 있다. 

다양한 에너지 수확 기술 중 스마트 웨어러블 기기 및 사물인터넷에 적용을 위해 인체 활동과 작은 움직임에서도 높은 전압을 얻을 수 있는 나노발전기 연구가 많다. 특히 출력 효율이 높은 접촉-분리 모드 기반 마찰전기 나노발전기에 대한 연구가 그 중 큰 주목을 받고 있다.

박 교수 연구팀이 개발한 접촉-분리모드 기반 마찰전기 직물 나노발전기는 지금까지 보고된 나노발전기들 보다 출력이 매우 높다. 또한 유연성과 신축성, 그리고 기계적 안전성이 매우 뛰어나 다양한 휴대/웨어러블 기기와 사물인터넷의 친환경 전원 기술로 활용될 수 있다. 

지금까지 주로 사용되던 마찰전기 나노발전기는 물과 습기에 취약해 다양한 활용에 제한이 많았으나, 본 연구팀은 이러한 문제점을 필름 패키징 기술로 해결했다.

제작된 나노 복합소재 기반 나노발전기는 에코플렉스 소재만으로 제작된 디바이스 보다 10배 높은 전압과 6배 높은 전류를 출력을 나타냈고, 4.5 Hz 의 주파수와 8 N 의 힘의 세기 조건 및 4.5 MΩ 의 부하저항에서 3.69 mW 의 높은 전력과 9.24 W/m2 의 높은 효율의 전력을 생산 할 수 있음을 실험을 통하여 검증했다. 

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 에너지 연구 저널 『어드벤스드 에너지 머티리얼즈』에 게재됐다.

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