국내 연구진, 극소량의 물 몇 방울로 전기 생산 기술 개발

국내 연구진, 극소량의 물 몇 방울로 전기 생산 기술 개발

뉴시스  입력 2019-12-16 15:38 수정 2019-12-16 15:40

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김일두 교수 연구팀 성과, IoT 및 웨어러블 분야 활용 기대

KAIST는 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 극소량의 물(0.15㎖)이나 대기 중의 수분을 흡수하는 조해성 물질로 전기에너지를 생성할 수 있는 친환경 발전기를 개발했다고 16일 밝혔다. 

배재형 박사과정과 윤태광 박사후연구원이 공동 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 나노과학 분야의 권위적인 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 지난달 26일자와 환경 분야의 권위지 ‘에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science)’ 12월 호에 게재됐다.(논문명:ranspiration Driven Electrokinetic Power Generator)

김 교수팀은 전도성 탄소 나노 입자가 코팅된 면(cotton)섬유 표면에 소량의 물을 떨어뜨리면 젖은 영역과 마른 영역으로 나뉘면서 작은 양의 전기에너지가 발생하는 것을 발견했다. 

이를 통해 물이 완전히 증발하기 전까지 수소 이온이 천천히 이동하며 약 1시간 동안 발전이 가능하는 사실을 확인했다.  

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하지만 물이 완전히 증발하면 전기 발생이 멈추게 돼 지속적인 발전을 위해 연구팀은 대기 중의 물을 스스로 흡수한 후 천천히 방출하는 조해성 물질 중 하나인 염화칼슘(CaCl2)에 주목했다. 

연구팀은 탄소 입자가 코팅된 면섬유의 한쪽 면에 염화칼슘을 묻히면 습도 20% 이상에서는 자발적인 수분 흡착으로 전력이 지속해서 유지된다는 사실을 밝혀냈다.

이렇게 개발한 자가발전기 6개를 직렬로 연결해 전압 4.2V, 에너지 밀도 22.4mWh/㎤를 얻어 LED 전구(20㎿)의 불을 켜는 데 성공했다. 

태양광, 풍력 발전 등 친환경 발전기들이 외부의 환경적인 요소에 제약을 많이 받는 것에 비해 연구팀이 개발한 발전기는 20∼80% 습도 구간에서는 외부에서 물을 공급해 주지 않더라도 전기를 만들어 낼 수 있어 다양한 사물인터넷, 웨어러블 기기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 

김 교수는 “조해성 염이 포함된 자가발전기는 일반 대기 환경에서 2주 이상 발전하는 성능을 보인다는 것을 확인했다”면서 “사물인터넷용 지속 전력 공급원 또는 자가 발전기 크기 증대를 통해 이차전지를 충전하는 용도 등으로 활용할 수 있다”고 말했다.

[대전=뉴시스]