100배 전기 생산 압전 소재 개발

100배 전기 생산 압전 소재 개발

 

한국 화학 연구원 이수연. 정선호. 최영민 박사 연구팀이 움직이거나 휘어지면, 스스로 전기를 생산해낼 수 있는 새로운 압전 소재를 개발했다고 2018년 06월 18일 밝혔다. 이 소재는 화학적 처리를 하지 않은 소재 보다 100배 더 많은 전기를 생산해낼 수 있다. 최근 신소재 분야에서는 사람의 움직이는 동작을 전기 에너지로 변환할 수 있는 유연 자가 발전 복합 소재들이 많은 주목을 받고 있다.

 

유연 압전 소재는 보통 여러 물질을 섞어 만든다. 압력을 받으면, 전기를 스스로 생산해내는 특성 즉 ‘압전 특성’을 가진 물질과 탄성을 가진 고분자 물질을 섞는 것이 일반적이다. 하지만, 기존 기술로는 섞인 물질 간에 결합이 없고 입자들이 고르게 분산되지 않아 압력을 줘도 전기를 많이 발생시킬 수 없었다.

 

연구팀은 세라믹 나노 입자와 고분자 물질을 화학적으로 단단하게 결합하는 기술을 개발하여 화학적 처리를 하지 않은 소재 보다 성능이 100배 향상된 신소재를 만들었다. 이 신소재는 고분자 필름 안에 세라믹 나노 입자들이 사이사이 박혀있는 형태를 띤다.

 

연구팀은 얼마나 많은 나노 입자가 고분자 필름 안에 들어가야 최대한 많은 양의 전기를 출력해낼 수 있을지에 대한 적정량도 산출했다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘에너지와 환경 과학’ 2018년 06월호 전면 표지 논문으로 게재됐다. 개발된 신소재는 4차 산업 혁명 시대에 필수적인 웨어러블 기기, 사물 인터넷(IoT)의 무선 센서 등에 핵심 소재로 활용될 수 있다.

 

압전 소재에서 나온 전기를 축전기 또는 배터리에 저장하면, 자주 충전하지 않아도 웨어러블 기기를 오래 쓸 수 있다. 연구팀은 이러한 활용성을 염두에 두고 유연 축전기 소재 개발, 균일한 전기 출력이 가능한 자가 발전 소재 개발 등의 후속 연구를 진행하고 있다.

 

이수연 박사는 “이번에 개발한 고효율 에너지 발전 소재는 압전 나노 입자와 고분자 사이의 화학적인 결합을 새롭게 디자인해서 기존 소재의 한계를 극복하고 고출력 에너지 하베스팅 분야에 활용할 수 있다는 데 큰 의미가 있다”고 연구 의의를 밝혔다.