'움직일 때마다 자가발전' 신소재 기술 개발
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  • 승인 2018.06.18 10:41
  • 업데이트 2018.06.18 10:41
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한국화학연구원 "화학처리 안 한 소재보다 100배 생산"

물리적 형태 변형 시(굽힘상태) 65V의 출력전압과 1.6μA(마이크로암페어)의 출력전류를 발생했다. 이를 통해 외부 배터리 연결 없이 20개 이상의 발광다이오드(LED)도 구동했다. [한국화학연구원 제공=연합뉴스]
물리적 형태 변형 시(굽힘상태) 65V의 출력전압과 1.6μA(마이크로암페어)의 출력전류를 발생했다. 이를 통해 외부 배터리 연결 없이 20개 이상의 발광다이오드(LED)도 구동했다. [한국화학연구원 제공]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국화학연구원은 이수연·정선호·최영민 박사 연구팀이 움직이거나 휘어지면 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 신소재를 개발했다고 18일 밝혔다.

사람의 움직이는 동작을 전기에너지로 바꾸는 유연 자가발전 복합 소재는 웨어러블 전자기기나 사물인터넷(IoT) 발전과 함께 과학 분야 주요 관심사로 손꼽힌다.

일상생활에서 버려지는 힘, 압력 진동 같은 에너지를 모아서 전기 변환할 수 있도록 하는 연구는 최근 활발하게 진행 중이다.

압력을 받으면 전기를 스스로 생산해내는 특성을 압전이라고 부른다.

유연 압전 소재는 압전 특성을 가지면서도 탄성을 가진 고분자 물질을 섞는 게 일반적이다.

섞여 있는 물질 간에 결합성이 떨어지거나 입자가 고르게 분산되지 않는 건 극복해야 할 과제다.

연구팀은 압전 특성을 띠는 세라믹 나노 입자에 아민 화학 작용기를 붙인 다음, 이 작용기에 결합할 수 있는 유연한 블록 공중합체(고분자 체인이 블록 형태로 형성된 것) 고분자 물질을 찾아냈다.

이를 기반으로 화학적 처리를 하지 않은 소재보다 성능이 100배 좋은 신소재를 만들었다.

해당 소재는 고분자 필름 안에 세라믹 나노 입자가 사이사이 박혀있다고 연구팀은 설명했다.

화학연 유연 압전복합소재는 굽힘의 물리적 형태 변형 시 압전 입자 기능화를 하지 않은 경우보다 100배 이상의 출력전압과 출력전류를 발생했다. [한국화학연구원 제공=연합뉴스]
화학연 유연 압전복합소재는 굽힘의 물리적 형태 변형 시 압전 입자 기능화를 하지 않은 경우보다 100배 이상의 출력전압과 출력전류를 발생했다. [한국화학연구원 제공]

연구팀은 얼마나 많은 나노 입자가 고분자 필름 안에 들어가야 최대한 많은 양의 전기를 출력해낼 수 있을지에 대한 적정량도 산출했다.

물리적으로 굽혀도 65V의 출력전압과 1.6μA(마이크로암페어)의 출력전류가 발생했다.

이를 통해 외부 배터리 연결 없이 20개 이상의 발광다이오드(LED)를 구동했다.

한국화학연구원 박막재료연구센터 최영민, 이수연, 정선호 연구원(왼쪽부터)
한국화학연구원 박막재료연구센터 최영민, 이수연, 정선호 박사(왼쪽부터)

이수연 박사는 "압전 나노 입자와 고분자 사이 화학적인 결합을 새롭게 디자인했다"며 "유연한 축전지 소재 개발로 연구를 이어갈 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부 글로벌연구실지원사업(GRL) 및 국가과학기술연구회 출연(연) 기관 고유사업으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 '에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science) 6월호 전면 표지에 실렸다.

관련 기술은 한국·미국·유럽·중국에 특허권리를 확보했다.

# 기사 출처 : Energy & Environmental Science,  3D-printable, highly conductive hybrid composites employing chemically-reinforced, complex dimensional fillers and thermoplastic triblock copolymers†

walden@yna.co.kr