`움직이거나 구부리면 전기 발생` 웨어러블 기기 적용할 신소재 나왔다

국내 연구진이 움직이거나 구부리면 스스로 전기를 생산해내는 신소재를 개발했다.
사람의 팔꿈치나 무릎에 붙인 뒤 이동하면서 충전할 수 있어 웨어러블 기기 등에 활용될 수 있을 것으로 보인다.
한국화학연구원의 이수연·정선호·최영민 박사 연구팀은 사람의 움직이는 동작을 전기 에너지로 바꾸는 자가발전 신소재를 개발했다고 18일 밝혔다.
배터리를 매일 충전하지 않고도 착용하는 것만으로 웨어러블 전자기기를 작동할 수 있는 길이 열린 것이다. 이 같은 소재는 일상생활에서 소모되는 힘, 압력 등의 에너지를 가지고 전기를 발생시킬 수 있어 활용 가능성이 높다.
기존의 압전 소재는 보통 압력을 받을 때 전기를 스스로 생산해내는 '압전' 특성을 가진 물질과 탄성을 가진 고분자 물질을 섞어 만들었다. 그러나 이렇게 단순하게 섞는 방식을 쓰면 입자들이 고르게 분산되지 않고 결합이 느슨해 전기를 많이 발생시키는 데 한계가 있었다. 이에 연구팀은 압전 성질이 있는 세라믹 나노입자를 화학 처리함으로써 고분자 물질과 단단하게 결합시키는 데 성공했다. 입자가 고르게 분산된 신소재를 만들 수 있게 된 것이다.
연구팀은 이같은 화학처리를 통해 소재 성능을 100배 향상시켰다고 밝혔다. 세라미 나노 입자가 유연한 고분자 필름 사이사이에 박혀 들어가면서 잘 휘어지면서도 효율적으로 전기를 출력해낼 수 있게 바뀌었다는 것이다. 실제로 신소재를 물리적으로 굽혔을 때 65V의 출력전압과 1.6μA(마이크로암페어)의 출력전류가 발생했다. 이를 통해 외부 배터리 연결 없이도 20개가 넘는 발광다이오드(LED)를 구동할 수 있었다. 이수연 박사는 "동일한 힘을 줬을 때 화학 처리를 하지 않았을 때에 비해 출력되는 전압이 100배 이상 많아졌다"며 "소재를 구부릴 때와 원래 모습으로 돌아올 때 모두 전기가 발생한다"고 설명했다.성과를 담은 논문은 '에너지와 환경과학'(Energy ＆ Environmental Science) 6월호 전면 표지에 실렸다.
[김윤진 기자]