한국기술교육대학교는 메카트로닉스공학부 김병기 교수 연구팀이 ‘웨어러블 압전 나노발전기와 비대칭 슈퍼커패시터’ 통합으로 배터리가 필요 없는 새로운 자가 충전 전력 시스템 개발’에 성공했다고 5일 밝혔다.

제주대 목영선 교수 연구팀과 공동연구로 진행된 이번 연구는 재생 에너지를 이용해 자가 전력을 생산하고 공급하는 새로운 압전 복합재료 설계가 가능해진 셈이다.

연구팀은 희토류 금속인 터븀 텅스텐을 2D 물질인 황화몰리브덴에 삽입(TbW@MoS2)한 복합재를 이용해 자가 충전 전력 시스템인 압전 발전 소자와 수퍼커패시터 음극재 역할을 수행하도록 했다.

손가락 탭핑에 의해 압전 발전기에서 발전되는 전압은 2.81V로 순수한 이황화몰리브덴보다 약 4.2배 좋은 결과를 얻었다.

전력밀도는 기존 보고된 결과보다 1.5배 가량 높은 7.3 μW/m2를 구현했다.

TbW@MoS2를 음극재로 사용한 슈퍼커패시터는 이황화몰리브덴과 순수 터븀 텅스텐 각각의 용량보다 더 높은 용량인 62.6 mAh/cm2를 기록했다.

김 교수는 “소형 전자기기를 외부 전력 도움없이 압전형 나노발전기로 전압을 발생시켜 작동시키는 과정을 보여준 연구”라며 “그린 에너지 생성과 공급에 대한 좋은 사례가 될 것”이라고 설명했다.

한국연구재단 개인기초연구사업과 중점연구소사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료공학 분야 국제 학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials에 게재됐다.