서로 다른 물체를 마찰하면, 전하 불균형에 의해 전류가 생긴다. 이 전류를 수확하는 장치가 마찰 전기 발전기다.

마찰 전기 발전기는 양전하를 모으는 ‘금속 전극’과 음전하를 모으는 ‘고분자 유전체’로 이뤄진다. 백정민 UNIST 신소재공학부 교수팀과 양창덕 에너지 및 화학공학부 교수팀은 유전체로 쓰이는 고분자의 전기적 특성을 바꿔 전기 출력을 20배 높이는 방법을 찾았다.


연구진은 우선 PVDF라는 고분자를 기본 물질로 사용했다. PVDF는 눌렀을 때 양전하와 음전하가 양쪽으로 나란히 나눠 배열 되는 전기적 성질인 유전성이 강한 물질이다. PVDF의 유전상수는 8.6다. 연구팀은 유전상수가 더 커지면 전기 출력을 더 크게 낼 것으로 판단해 다른 고분자를 붙이는 방법을 썼다.

연구진은 PVDF에 PtBA를 붙인 새로운 고분자를 만들었다. 이 물질의 유전상수는 16.5까지 증가했다. 그 결과 PVDF를 음전하 대전체로 사용할 때보다 전기 출력이 20배 이상 크게 증가했다.

백정민 교수는 “이 번에 개발한 마찰 전기 발전기의 음전하 대전체는 유전 상수 조절로 출력을 크게 높일 수 있다는 걸 보였다”면서, “바람이나 진동, 소리, 발걸음 등 일상에서 버려지는 미소에너지를 에너지원으로 바꿔 스마트기기를 충전하는 기술로 사용할 수 있다”라고 분석했다.

삼성미래기술육성사업의 일환으로 수행된 이번 연구결과는 사이언스 어드밴스 최신호로 발표했다.

/문병도기자 do@sedaily.com