[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 한국화학연구원 이수연·최영민 박사 연구팀이 늘리고 굽히는 등 어떤 형태로 변형해도 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 정전기 소재를 개발했다고 14일 밝혔다.

자가발전 소재 중 특히 정전기를 이용한 연구가 전세계적으로 활발하다.

연구팀은 늘리거나 구부려도 소재 자체의 전도성은 변하지 않고 기하학적인 구조만 변하는 새로운 전극 소재층을 개발하고 그 위에 대전특성이 강한 폴리우레탄폼을 표면에 코팅해 두 층을 하나의 물질로 융합했다.

기술 구조 모식도와 실제 단면 사진[사진=한국화학연구원] = 2020.12.14 memory4444444@newspim.com

표면에 코팅한 우레탄폼은 올록볼록한 돌기로 형성해서 늘리거나 구부릴 때 마찰 표면적을 최대화해서 정전기가 잘 발생할 수 있도록 했다.

이 소재는 형태 변형이 늘림 하나만 일어났을 때보다 늘림과 구부림을 동시에 가했을 때 5배 더 많은 전기를 생산해내는 것으로 나타났다.

신체 관절이 늘림과 굽힘이 동시에 일어난다는 것을 고려하면 웨어러블 기기로의 적용에 적합함을 기대할 수 있다.

이 신소재는 4차 산업혁명 시대에 필수적인 스마트 워치, 헬스케어 밴드 등 웨어러블 기기 뿐만 아니라 사물인터넷(IoT)의 자가발전 센서 등에 핵심 소재로 활용할 수 있다.

또 정전기 소재에서 나온 전기를 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터 또는 배터리에 저장하면 자주 충전하지 않아도 웨어러블 기기를 오래 쓸 수 있다.

연구팀은 이러한 활용성을 염두에 두고 고효율 슈퍼커패시터 소재 개발, 에너지 발생과 저장이 통합된 모듈 개발 등의 후속 연구를 진행하고 있다.

연구진[사진=한국화학연구원] = 2020.12.14 memory4444444@newspim.com

이수연 박사는 "이번에 개발한 고출력 에너지 발전소재는 마찰대전 특성이 큰 고분자 소재를 다양한 형태 변형이 가능할 수 있도록 새롭게 디자인해, 기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다"며 "관련 기술은 한국·미국·유럽·중국에 특허권리를 확보하거나 확보 중인 만큼 4차 산업혁명에 필수적인 자가발전 소재로 중요한 역할을 할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 글로벌연구실지원사업 (GRL) 및 국가과학기술연구회의 주요사업으로 수행됐다.

이번 연구결과는 에너지 분야 권위지 'ACS Energy Letters' 11월호 전면 표지논문으로 실렸다.

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