울산과기원, 번개원리 모방한 발전기 개발

국내 연구진이 번개가 치는 현상을 모방한 인공 번개 발전기를 개발했다.
백정민 울산과기원(UNIST) 신소재공학부 교수 연구진은 번개의 원리를 이용해 전기를 생산하는 새로운 ‘마찰 전기 발전기’를 개발했다고 6일 밝혔다. 번개 구름에서 전하가 분리되는 원리를 인공적으로 구현해 순식간에 엄청난 전력을 만들 수 있는 기술이다.
번개는 구름 내에 있는 수증기 분자가 얼음 결정과 마찰하는 과정에서 발생한다. 두 물질이 부딪치는 과정에서 전하들이 분리되고 축적됐다가 엄청난 에너지를 지표면으로 방출한다. 연구진은 번개가 만들어질 때 구름에서 벌어지는 현상을 면밀히 분석했다. 전하가 생성되고, 분리·축적되는 과정을 파악한 연구진은 ‘전하 펌프’라는 새로운 개념을 고안했다. 수증기 분자와 얼음처럼 마찰시킬 신소재를 만들고 3층 구조의 마찰 전기 발전기를 만든 것이다. 기존 마찰 전기 발전기는 두 물질이 스치면서 생긴 정전기로 전기를 만든다. 이런 발전기들은 마찰시킬 물질로 2층을 만드는 구조가 일반적이다. 그런데 번개의 원리를 모사해 발전기를 만든 연구진은 2층 사이에 ‘접지층’을 하나 더 삽입했다. 백 교수는 “이런 구조는 전하 손실을 효과적으로 막았고 기존에 보고된 마찰 전기 발전기보다 10~100배 이상 높은 출력을 보였다”고 설명했다. 연구진은 인공 번개 발전기로 스마트폰과 스마트워치에 있는 배터리를 충전할 수 있다는 사실도 실험적으로 확인했다.
특히 이 발전기는 야외 활동 중에 스마트폰 같은 휴대용 전자기기의 전원으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 바람이나 진동, 소리, 걷기를 통해 나오는 에너지를 거둬서 전기를 만들고 전자기기를 충전할 수 있기 때문이다. 백 교수는 “이번에 개발한 전하 펌프 기반의 인공 번개 발전기는 나무나 건물 같은 고정된 사물은 물론 자동차처럼 움직이는 사물에도 적용해 전력을 생산할 수 있다”며 “쓸모없이 버려지던 숨은 에너지를 거둬 스마트폰과 스마트워치 등 휴대용 전자 기기에 사용되는 배터리도 충전할 수 있을 것”으로 내다봤다. 연구결과는 네이처 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 5일자에 게재됐다.
[원호섭 기자]