유연 압전박막 소재 활용한 고효율 나노발전기 개발

이건재 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 매우 작은 움직임으로도 전기를 생산하는 나노발전기를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 이건재 신소재공학과 교수팀이 레이저 박리 전사기술과 유연한 압전박막 소재를 활용해 기존보다 40배 높은 효율의 나노발전기 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

연구결과는 세계적 학술지 어드밴스드 머티리얼스 지난달 23일자 표지논문으로 게재됐다.

나노발전기는 유연한 나노소재에 미세한 압력이나 구부러짐이 가해질 때 전기 에너지가 생성되는 기술이다.

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전선과 배터리 없이도 에너지공급이 가능해 휘어지는 전자제품은 물론 심장 박동기와 같이 몸속에 집어넣는 기기나 로봇의 에너지원으로도 활용 가능하지만 지금까지 에너지 효율이 낮고 제작공정이 복잡해 상용화가 어려웠다.

이 교수 연구팀은 고온에서 결정화된 고효율 압전박막물질을 현재 상용화된 레이저 박리기술을 이용해 딱딱한 기판에서 플라스틱 기판으로 전사, 효율을 크게 향상시키면서도 대면적으로 양산 가능성을 높였다.

이번에 개발된 2cm×2cm 크기의 유연한 기판에 만들어진 나노발전기는 미세한 구부림에 의해 생성된 에너지(250V, 8㎂)로 105개의 LED를 작동시키는데 성공했다.

이 교수는 “이번에 개발된 고효율의 나노발전기술은 자연에서 발생하는 바람, 진동, 소리와 같은 미세한 에너지는 물론 심장박동, 혈액흐름, 근육수축·이완 등 사람 몸에서 발생되는 생체역학적 힘을 이용해 전기를 생산할 수 있는 무한 에너지원으로 사용될 수 있다”며 “발전효율이 세계최고기록보다 40배 높고 대량 양산이 가능한 레이저 박리기술을 활용해 그동안 상용화를 가로막았던 저효율과 복잡한 제조공정의 문제점을 해결했다는데 의의가 있다”고 밝혔다.

이 교수팀은 향후 압전박막물질을 삼차원으로 적층해 생성전력을 더욱 높이고 이를 동물에 이식하는 생체실험을 수행할 계획이다.

이번 연구결과는 미래창조과학부 도약연구사업과 코오롱-카이스트 라이프스타일 이노베이션센터의 지원으로 수행됐다.

플라스틱에 제작된 나노발전기에서 생성된 전력을 이용해 105개의 LED를 작동하는 모습