광운대 박재영 교수팀, 웨어러블 나노발전기 개발

광운대학교는 최근 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 멕신(MXene)·에코플렉서(Ecoflex) 복합 나노 신소재와 이를 코팅한 전도성 직물로 고출력의 인체 친화형 마찰전기 나노발전기와 웨어러블 센서 응용기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

이 디바이스는 우수한 신축성과 유연성, 방수 기능을 가진다. 손목, 팔꿈치, 무릎 등에 착용이 가능하고 비, 바람 등 자연 환경으로부터 고출력의 전기에너지를 수확할 수 있다. 다양한 웨어러블 기기에 친환경 전원기술로 폭넓게 활용될 수 있으로 기대된다.

박 교수 연구팀이 개발한 접촉-분리모드 기반 마찰전기 직물 나노발전기는 현재까지 보고된 나노발전기와 비교해 출력이 매우 높고 유연성과 신축성, 기계적 안전성이 뛰어나다. 다양한 휴대·웨어러블 기기와 사물인터넷의 친환경 전원 기술로 활용될 수 있다.

지금까지 주로 사용되던 마찰전기 나노발전기는 물과 습기에 취약해 폭넓은 활용에 제한이 많았다. 박 교수 연구팀은 이러한 문제점을 필름 패키징 기술로 해결했다. 또 우산, 우의, 신발 등 직물형 나노 발전기를 쉽게 부착해 일상 생활 및 자연환경에서도 고출력의 전기 에너지를 생산하는데 성공했다.

나노 복합소재 기반 나노발전기는 에코플렉스 소재만으로 제작된 디바이스 보다 10배 높은 전압과 6배 높은 전류 출력을 나타냈다. 연구팀은 4.5 Hz 주파수와 8 N 힘의 세기 조건 및 4.5 MΩ 부하저항에서 3.69 mW 높은 전력과 9.24 W/m2 높은 효율의 전력을 생산할 수 있음을 검증했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 세계적인 에너지 연구 전문 저널인 독일 와일리 출판사(WILEY-VCH)의 어드벤스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF: 25.24)에 게재됐다.