다공성 탄소 물질로 정전기 모아 전기로 변환
웨어러블 디바이스 전원, 사물인터넷 구동 기대

겨울이 아니더라도 날씨가 건조하면 플라스틱 빗으로 머리를 빗거나 자동차 문손잡이를 잡았을 때 ‘찌릿’한 정전기가 발생해 깜짝 놀라곤 한다. 이 때 발생하는 정전기의 전압은 2000~5000V(볼트)의 고압이지만 전류가 약해 감전은 걱정하지 않아도 된다. 과학자들은 정전기를 모아 전자제품들을 작동시킬 수 있는 다양한 방법을 연구하지만 효율이 낮아 실용화까지는 이어지지 못하고 있다. 이 같은 상황에서 국내 연구진이 정전기를 높은 효율로 전기로 전환하고 저장할 수 있는 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST) 에너지융합대학원, 전남대 고분자융합소재공학부 공동 연구팀은 일상에서 무시당하고 버려지는 마찰전기와 정전기를 전기로 전환시켜 사용할 수 있는 방법을 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료 과학 분야 국제학술지 ‘스몰 메서드’ 내부 표지논문으로 실렸다.

에너지 하베스팅은 열이나 진동, 마찰처럼 자연적으로 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환시켜 저장하는 것이다. 자연에 존재하는 청정 에너지나 일상에서 무시되는 작은 에너지를 모아 활용하기 때문에 친환경 신재생 에너지 기술로 주목받고 있다. 문제는 전기 에너지로 전환하거나 저장하는 효율이 아직은 낮다는 점이다.

이에 연구팀은 기공이 많은 다공성 탄소 물질을 이용해 마찰전기 에너지를 저장하고 출력할 수 있는 발전기를 만들었다. 다공성 탄소 물질은 표면적이 넓어 마찰전기 전하를 붙잡을 수 있는 공간이 많다. 더 많은 전기를 잡아 저장해 놓고 필요할 때 꺼내 쓸 수 있다는 것이다.

다공성 탄소 물질을 사용하지 않은 마찰전기 저장 발전기는 출력 전압이 15.2V에 불과했지만 이번에 개발한 물질로 만든 발전기는 40배가 넘는 600V의 출력 전압을 얻을 수 있었다. 연구팀은 이번 기술을 활용해 웨어러블 디바이스의 전원이나 사물인터넷(loT)를 구동시키는 데 쓸 수 있을 것으로 보고 있다.

박찬호 GIST 교수는 “다공성 탄소 소재를 활용해 일상에서 버려지는 마찰전기와 정전기를 실제 활용할 수 있는 전기로 바꿀 수 있는 디바이스를 만들었다는 데 이번 연구의 의미가 크다”고 말했다.