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움직일 때마다 충전…광운대 박재영 교수팀, 인체동력기반 에너지 수확 소자 개발

  • 유경석 기자
  • 승인 2020.04.02  13:07:02
  • 2면
  • 댓글 0
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- 인체 움직임으로 전기 생산
웨어러블 스마트 기기 및 스마트폰 충전 가능
반영구적 범용 친환경 전원공급원

   
▲ 인체동력기반 에너지 수확 소자를 개발한 광운대학교 전자공학과 교수 연구팀. 사진=광운대학교
[일간투데이 유경석 기자] 몸을 움직일 때 발생하는 에너지로 스마트폰을 충전할 수 있게 됐다. 걷기, 달리기 등 일상생활의 움직임이나 운동으로부터 고출력의 전기를 생산해 스마트폰 등 웨어러블 스마트 기기 및 스마트폰 충전이 가능한 반영구적 범용 친환경 전원공급원으로 주목된다.

2일 광운대학교(총장 유지상)에 따르면 박재영 전자공학과 교수 연구팀은 일상생활의 움직임이나 걷기, 달리기 등 운동으로부터 고출력의 전기를 생산할 수 있는 에너지 수확 기술 개발에 성공했다.

연구팀이 개발한 하이브리드 에너지 수확 소자는 자속 집중재를 이용한 고출력 전자기 에너지 수확 소자와 나노와이어·나노파이버 표면 개질을 통해 출력이 향상된 마찰전기 에너지 수확 소자를 결합시키는 구조다.

스마트폰이나 스마트 밴드와 같은 웨어러블 스마트 기기에 전원으로 활용 가능할 정도의 고출력의 전기 생산뿐만 아니라 소자의 소형화 기술 개발에 성공했다.

최근 과학 기술의 발전과 더불어 피트니스·헬스케어 모니터링과 같은 다기능 휴대용·웨어러블 스마트전자기기가 일상생활에서 많이 사용되고 있다. 동시에 사물인터넷(IoT)의 발달에 의한 센서 사용 또한 크게 늘고 있다.

이러한 스마트 전자기기 및 센서들은 소형, 경량, 이동성 및 내구성을 갖춘 전원 공급원이 반드시 필요하다. 교체 및 충전식 전기 화학 배터리는 전원을 공급하기에는 탁월하지만, 수명이 제한돼 있고 재충전 및 교체가 어려운 데다 배터리 폐기로 인한 환경 오염도 유발한다는 단점이 있다.

반면 인체 운동 에너지 기반의 친환경 에너지 수확 기술은 휴대용 및 웨어러블 전자기기를 위한 지속 가능한 전원으로 대체될 수 있다는 점에서 관심이 높다.

가장 활발하게 연구가 이루어지고 있는 에너지 수확 기술로 압전, 전자기, 마찰전기 에너지 수확 기술이 있다.

이중 낮은 전압에 비해 상대적으로 높은 전류를 출력하는 전자기 에너지 수확 기술과 낮은 전류에 비해 상대적으로 높은 전압을 출력하는 마찰전기 에너지 수확기술을 결합한 전자기-마찰전기 하이브리드 에너지 수확 기술이 상용화 가능성이 높은 고출력 발전기술로 평가되고 있다.

박재영 교수 연구팀은 자속 집중재 및 나노와이어-나노파이버 표면 개질을 통한 탄성 충격 기반 비공진형 고출력 하이브리드 에너지 수확 소자를 개발하는데 성공했다.

또한 이론과 실험적으로 하이브리드 에너지 수확 소자의 특성 및 성능을 규명하는데 성공해 다양한 응용에 적합한 맞춤형 에너지 수확소자를 설계할 수 있게 됐다.

하이브리드 에너지 수확소자는 인체의 작은 움직임으로부터 1.5 kΩ의 부하저항에서 131.4 mW의 최대 전력을 얻어 스마트 밴드 및 스마트폰을 충전하는데 성공했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 바이오·의료기술개발사업(2017M3A9F1031270) 및 광운대학교 교내연구비 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 세계 최고의 에너지 연구 전문저널인 WILEY 출판의 Advanced Energy Materials (IF: 24.884, JCR Rank: 1.7%) 2020년 3월 26일자 온라인 판에 실렸고, 저널 Back Cover 이미지로 선정됐다.

유경석 기자 kangsan0691@naver.com

<저작권자 © 일간투데이 무단전재 및 재배포금지>
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