최근 국내 연구진이 도로에서 전기를 생산할 수 있는 친환경적 소재를 이용한 고내구성의 압전 발전장치를 개발했다.

9일 한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구단 강종윤(전자재료연구단장, 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 교수) 박사팀은 도로 위를 지나가는 차량의 하중으로부터 전기를 생산하는 고내구성, 고출력의 고분자량 화합물인 폴리머 기반의 압전 발전장치를 개발했다.

차량으로부터 발생하는 노면의 진동, 변형과 같은 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해서는 압전, 정전, 전자기 발전과 같은 기계적 에너지 하베스팅 방법이 필요하다. 그 중에서도 압전 발전은 높은 에너지변환 효율 특성으로 인해 에너지 하베스팅 분야에서 각광받고 있는 기술이지만, 주로 소량의 에너지를 생산하는 저전력 응용분야에만 부분적으로 활용돼 왔다. 특히 높은 전기 생산을 위해서 압전 소재 제작에 주로 사용되던 ‘납’은 환경오염 및 건강을 해치는 유해한 물질로 압전 발전 응용분야의 제한요소였다.

강 박사팀에서 개발한 압전 발전장치는 납을 포함하지 않는 유연 압전 폴리머 소재인 이소불화비닐(PVDF)를 사용해 친환경 소재의 장치를 구현했다. 이와 함께 낮은 전기 생산 능력을 보이던 압전 폴리머 소재의 한계를 극복해 대용량 발전을 실현했다.

강 박사팀의 이번 기술이 고속도로 및 일반 국도 등에 효율적으로 적용되기 위한 솔루션을 제공하고, 한국∙미국에 특허 출원 및 등록하여 압전 발전의 상용화를 앞당겼다는 평가를 받고 있다.

강 박사는 “축적된 노하우를 바탕으로 도로 뿐만이 아닌 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가 발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업과 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업으로 수행됐다. 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘Applied Energy’(IF : 7.182, JCR 2.593%)의 최신호에 게재됐다.