중앙대, 미세한 바람에도 구동하는 나노발전기 개발

[이데일리 신하영 기자] 중앙대 연구진이 바람만으로 구동하는 나노 발전 기술을 개발했다.

왼쪽부터 허덕재 박사, 허지웅 박사과정생, 조현호 박사, 이상민 교수, 김승한 교수(사진 제공=중앙대)

중앙대는 이상민·김승환 기계공학부 교수팀이 이러한 연구성과를 얻었다고 10일 밝혔다.

연구팀이 개발한 마찰대전 나노발전기(TENG)는 외부의 기계적 움직임을 전기에너지로 변환하는 소자다. 바람·진동·인체 움직임 등 일상적 환경에서 에너지를 수확할 수 있다는 점에서 주목받아왔다. 그러나 마찰 면의 마모와 전기적 불안정성으로 장기 운용이 어렵고 출력이 점차 감소하는 한계가 있었다. 그간 연구자들은 다양한 방식으로 이 문제를 해결하려는 연구를 진행해왔지만, 내구성 개선이 난제로 꼽혔다.

중앙대 연구팀은 오일 흡수 시트를 활용한 간단하면서도 효과적인 솔루션을 제시했다. 시트 표면에 실리콘 오일을 주입한 뒤, 흡수 패드를 이용해 표면 오일을 균일하게 제거함으로써 시트 내부의 다공성 구조에 나노미터 두께의 윤활막, 즉 ‘나노오일장벽(nano-oil barrier)’을 형성하는 공정을 개발한 것이다. 이 장벽은 마찰 면에서 오일이 균일하게 유지되도록 하며, 마모를 줄이고 전기적 출력 안정성을 크게 향상시켰다.

중앙대는 해당 연구 결과에 대해 “풍속 4m/s의 비교적 약한 바람에서도 전력을 생성하며, 97만 회 이상의 반복 구동에도 초기 출력의 95% 이상을 유지하는 뛰어난 내구성과 성능을 입증했다”며 “이는 기존의 마찰대전 발전기들이 수십만 회 구동 후 급격히 성능이 저하되는 것과 뚜렷한 차별점을 갖는다”고 설명했다.

이상민 교수는 “이번 연구는 마찰전기를 활용한 에너지 수확 소자의 내구성과 실용성을 동시에 확보한 매우 중요한 사례”라며 “추후 다양한 환경과 용도에 적용 가능한 차세대 자가발전 소자의 기반이 될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 김승한 교수는 “연구에 활용된 상용 재료들과 간단한 제작 공정은 향후 자동화를 통한 대량 생산 가능성까지 내포하고 있어, 산업적 파급력 또한 크다”고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부가 추진하는 국가연구개발사업의 지원을 받아 수행했으며 허덕재 박사, 허지웅 박사과정생, 조현호 박사가 공동 제1 저자로 참여했다. 해당 연구 결과는 발전 시스템 분야 국제 저명 학술지(Advanced Science)에 게재됐다.