옷깃만 스쳐도 스마트폰 충전 된다

다양한 방향 움직임에서 에너지 수확하는 마찰전기 에너지소자 디자인

머리카락 구조를 캐패시터 층 위에 얹은 마찰전기 에너지 수확 소자 개요도<br>일반적인 마찰전기 에너지수확소자는 두 개의 ITO 전극판형으로 구성되어 있다. 본 연구에서 제작한 소자는 IoT 전극 위에 PET, PTFE, PUA 등의 소재를 이용해 머리카락과 비슷한 마이크로 구조체를 올린 소자를 제작하였다.<br>제공 : 한국세라믹기술원 조성범 선임연구원

주머니 안에 있는 스마트폰이 옷감과 스치며 발생하는 마찰전기로 충전 가능하다면 굳이 충전기를 가져 다닐 필요는 없을 것이다. 이 같은 일이 현실에서 가능한 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 조성범 한국세라믹기술원 박사, 방창현 성균관대 교수로 이뤄진 공동연구팀이 머리카락 모양에 나노 구조물로 마찰전기 에너지 수확의 효율을 크게 높일 수 있는 소자를 디자인했다고 13일 밝혔다.

자연적으로 발생하는 태양광이나 진동, 열, 바람 등 일상에서 버려지는 자투리 에너지를 수확해 전원으로 활용하기 위한 이른바 에너지 하베스팅에 대한 관심이 뜨겁다.

이중 물체의 접촉에서 생기는 마찰전기를 이용하는 나노 발전기는 높은 접근성과 효율 때문에 큰 주목을 이끈다. 하지만 두 물체의 접촉을 유도할 수 있는 특정 방향, 즉 접촉면의 수직 방향의 움직임에만 반응해 효율을 높이는데 한계가 있었다.

기존에는 수평 방향이나 회전하는 움직임을 이용하기 위해 소자 자체의 구조를 바꿔야 했다. 이럴 경우 가장 효율이 높은 수직방향의 움직임에서 나오는 에너지는 포기할 수 밖에 없었다.

이에 연구팀은 모든 방향의 움직임을 수직 방향으로 바꿔주는 머리카락 모양의 나노 구조물을 기존 마찰전기 소자 위에 부착하는 방식을 제안했다.

머리카락 모양의 작은 구조물이 마치 기차 선로전환기 역할을 해 버려지는 것 없이 모든 방향의 움직임으로부터 에너지를 수확할 수 있도록 한 것이다.


연구팀은 실제로 이렇게 만든 소자를 옷감에 부착한 결과 지폐를 팽팽하게 편 것의 5분의 1의 힘에 불과한 0.2파스칼(Pa) 이하의 아주 적은 수평 방향 압력에도 반응하는 것을 확인했다. 심지어 옷깃이 흔들릴 정도의 아주 작은 작은 바람에도 마찰 전기를 유도할 정도로 에너지 수확효율이 향상됐다.

연구팀은 “이번 연구성과가 초소형 IoT 기기, 생체삽입형 소자의 전원공급 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공할 것”이라고 말했다.