일상적인 인체의 움직임을 전기로 바꿔주는 패치 형태 에너지 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
교육과학기술부와 한국연구재단은 김연상(사진) 서울대 융합과학기술대학원 교수와 정성윤 박사과정생 등이 참여한 연구팀이 친환경 소재로 만든 패치 형태의 ‘압전(壓電) 에너지 수확소자’를 개발했다고 지난달 27일 밝혔다.
압전 에너지 수확소자는 진동이나 인체의 반복적인 움직임에서 전기에너지를 얻게 해주는 자가 발전 장치다.
물리적 압력이 가해지면 전위차가 생기는 ‘압전 현상’을 이용한 것으로 친환경적이면서 소형·경량화가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 이전에 개발된 압전물질은 대형장비를 이용해 고온에서 제작해야 하고 인체에 유해한 중금속이 쓰이는 등 환경과 제조비용의 제한이 있었다.
김 교수가 이끄는 연구팀은 친환경 무기물로 압전 반도체 용액을 만들고 이를 코팅·저온 열처리하는 방식으로 압전 박막을 만드는 데 성공했다.
용액형 압전반도체는 반복적으로 감거나 휘는 동작을 안정적인 전기 에너지로 변환한다. 모든 과정이 용액공정으로 이뤄져 생산 비용도 기존 기술에 비해 저렴하고 안전하다는 것이 연구진의 설명이다.
이렇게 만든 소자는 유연한 패치 형태여서 활용 분야가 넓다. 옷에 붙일 수 있고, 무릎이나 팔꿈치 등의 인체 관절 움직임만으로 전기를 만들 수 있다.
유연 배터리와 결합하면 배터리 교환이나 충전이 필요 없는 반영구적 전기에너지 발생소자를 만들 수도 있다. 이 기술을 바탕으로 이식형 인공심장박동기 등 인체에 이식되는 의료기기에 전력을 안정적으로 공급하는 길이 열릴 가능성도 주목받게 됐다.
이 연구성과는 재료과학분야 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 최신판 내부 표지논문으로 실렸다.