일상 움직임으로 기기 충전…KAIST·난양공대 공동 개발[사이언스씬]

일상에서 움직이면서 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 바꿔 웨어러블(착용형) 기기를 효율적으로 충전할 수 있는 기술이 국내외 공동연구를 통해 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 서동화 신소재공학과 교수와 이석우 싱가포르 난양공대 전자공학과 교수 공동 연구팀이 기존 대비 10배 높은 출력과 100초 이상 전류가 지속되는 에너지 하베스팅(수확) 신기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난달 19일 게재됐다.

에너지 하베스팅은 일상 속 움직임 같은 작은 동력원들을 모아 전기를 만드는 기술이다. 압력으로 전기를 만드는 압전, 마찰로 전기를 만드는 마찰전기 방식이 주로 쓰이지만 저항이 높아 전류가 짧게 흐르는 탓에 상용화에는 한계가 있는 상황이다.



연구팀은 물과 이온성 액체 전해질에 전극을 각각 담가 이온의 이동으로 발생하는 전위차로 전력을 얻는 새로운 방식을 고안했다. 이온이 각 전해질에서 주변 용매와 상호작용하는 방식과 전해질 환경 따른 전극 내부에서의 주변 상호작용 에너지가 다르게 나타났음을 확인했다. 이러한 종합적인 상호작용이 에너지 차이를 발생시키며 이를 통해 전해질 간 전위 차이를 설명하는 중요한 원리를 제시했다.

연구팀은 이 기술을 통해 계산기를 작동시킬 수 있을 정도인 935mV(밀리볼트)의 전압을 얻었다. 이는 저전압이나 웨어러블 기기에도 쓸 수 있으며 기존 에너지 하베스팅보다 출력은 10배, 전류 지속시간은 100초 이상의 성능을 자랑한다는 게 연구팀의 설명이다.

서 교수는 “일상적인 움직임, 즉 저주파 운동에서도 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다”며 "시뮬레이션과 실험의 협업을 통해 에너지 수확 원리를 깊이 이해함으로써 설계 가이드라인을 도출할 수 있었고 이는 상용화 가능성을 크게 높였다”고 말했다.