체온으로 전기 만드는 열전모듈 개발

체온으로 전기 만드는 열전모듈 개발

 

국내 연구진이 사람 체온으로 전기를 만드는 열전 소자를 개발했다. 해외 연구 성과 보다 출력이 1.5배 높아서 이르면 3년 이내에 웨어러블 소자로 상용화할 수 있을 것으로 기대된다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술연구원(KIST), 한국화학연구원과 함께 국가과학기술연구회(NST) 창의형 융합연구사업 일환으로 고출력 열전 소자를 개발했다고 2019년 01월 15일 밝혔다.

 

이 소자는 가로 5㎝, 세로 11㎝ 크기 파스 형태로 팔목에 붙여 활용한다. 배터리 없이 사람 체온만을 활용하는 것이 특징이다. 땀샘을 모사한 히트 싱크 기술이 핵심이다. 열전 소자는 소자와 피부 사이에 온도차가 클수록 더 많은 전력을 얻는데, 이 히트 싱크는 소자 외부 온도가 올라가면, 마치 땀샘처럼 이완해 내부에 담긴 물을 배출한다. 소자 온도를 낮춰 전력 수급량을 늘린다.

 

연구팀은 여기에 체온이 잘 전달되는 열전 소자 설계, 저전압에서도 80% 이상 충전 효율을 유지하는 전력 관리 회로 기술을 더해 효율을 극대화했다. 마이크로·나노 하이브리드 구조로 소자가 피부에 잘 흡착하도록 돕는 건식 접착 방식도 적용했다. 연구팀은 이 결과로 체온에서 에너지를 지속 수확할 수 있다고 설명했다.

 

소자 출력은 1㎠당 35마이크로와트(㎼)로 미국 최신 성과인 20㎼ 보다 높다. 소자 여섯 개를 묶어 모듈화하면, 최대 2-3밀리와트(㎽) 출력을 낸다. 바로 상용화 가능한 수준이다. 연구팀은 이 모듈로 발광 다이오드(LED) 전광판을 밝히는 실험에도 성공했다.

 

연구팀은 현재 추가 고도화 연구에 힘쓰고 있다. 2-3년 안에 기술 상용화가 가능할 것으로 보고 있다. 체온이나 맥박 센서와 결합해 영유아·환자를 모니터링하거나 애완 동물 위치 확인에 사용할 수 있다.

 

문승언 ETRI ICT 소재 연구 그룹장은 “기술이 완성되면, 웨어러블 소자나 사물 인터넷(IoT) 기기 전원, 하드웨어(HW) 플랫폼에 활용할 수 있다”며, “디지털 헬스 케어나 스마트 홈·시티를 비롯한 신개념 서비스를 구현할 수 있다”고 말했다.