경희대 최동휘 교수 연구팀, “정전기 모아 에너지 만든다”
경희대 최동휘 교수 연구팀, “정전기 모아 에너지 만든다”
  • 백두산 기자
  • 승인 2020.02.20 13:09
  • 댓글 1
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고분자 재료 표면에 전하 삽입해 에너지 높여
투명하고 쉽게 휘어지는 에너지 수확장치‧자가 발전 센서 개발에 활용
최동휘 기계공학과 교수 연구팀이 고분자 재료 표면에 전하를 안정적으로 삽입하는 기술을 개발, 액체와 고체가 접촉했을 때 발생하는 정전기에서 기존보다 많은 양의 에너지를 얻을 수 있게 됐다. 연구 결과는 물리 화학 분야의 권위 있는 학술지 'Nano Energy' 온라인 최신판에 게재됐다. (사진: 경희대 제공)
최동휘 기계공학과 교수 연구팀이 고분자 재료 표면에 전하를 안정적으로 삽입하는 기술을 개발, 액체와 고체가 접촉했을 때 발생하는 정전기에서 기존보다 많은 양의 에너지를 얻을 수 있게 됐다. 연구 결과는 물리 화학 분야의 권위 있는 학술지 'Nano Energy' 온라인 최신판에 게재됐다. (사진: 경희대 제공)

[대학저널 백두산 기자] 서로 다른 물체의 마찰로 생기는 정전기. 최근 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꾸는 ‘에너지 수확기술(energy harvesting)’이 떠오르며, 정전기 연구도 활발하게 진행되고 있다. 정전기는 전류가 흐르지 않아 치명적인 피해를 주지 않지만, 전압은 수만 볼트에 달한다. 정전기라 하면 고체끼리 접촉할 때 발생하는 것으로 생각하기 쉬운데, 학계에서는 액체와 고체가 접촉했을 때도 정전기가 발생한다는 사실에 주목했다. 다만, 고체 간 접촉으로 발생하는 정전기보다 그 양이 매우 적다는 한계가 있었다.

최근 최동휘 기계공학과 교수 연구팀이 이 같은 한계를 효과적으로 해결하는 방법을 제시했다. 고분자 재료 표면에 전하를 안정적으로 삽입하는 기술을 개발해 기존보다 높은 양의 에너지를 얻을 수 있게 된 것이다. 연구 결과는 물리 화학 분야의 권위 있는 학술지 <Nano Energy>(IF: 15.548, JCR 상위 3.7%) 온라인 최신판에 게재됐다. (논문명: Monocharged Electret Based Liquid-Solid Interacting Triboelectric Nanogenerator for its Boosted Electrical Output Performance)

제1 저자로 참여한 장순민(기계공학과 석사 1기) 씨가 학부연구생부터 대학원 진학 이후까지 진행한 연구라 더욱 의미가 있다. 이번 연구는 한국기술교육대학교 박성제 교수, 라문우 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다.

액체-고체 간 발생 정전기에서 많은 양의 에너지 확보

기본적으로 물방울이 에너지 수확소자에 닿아 움직이면 정전기가 발생해 에너지가 모이는 구조다. 기존에 수확소자 표면에 작은 돌기를 만들어 에너지를 높일 수 있다는 연구 결과는 많았지만, 돌기를 만드는 것이 어렵고 투명하지 않다는 것이 단점이었다. 액체와 고체의 접촉은 투명한 것에 응용하기 좋은 애플리케이션인데 뿌옇게 되면 그 장점을 살리기 힘들다.

이를 극복하기 위해 최 교수 연구팀은 표면 구조의 변화, 즉 돌기를 형성하기보다 임의로 전하를 삽입하면 에너지가 높아질 것이라는 가설을 세우고 실험을 진행했다. 그 결과 지금까지 한 번도 보고된 바가 없을 정도로 굉장히 높은 에너지가 나왔다. 이를 통해 투명하고 쉽게 휘어질 수 있는 에너지 수확장치 혹은 자가 발전 센서를 개발할 수 있게 됐다.

에너지 수확소자 표면에 전하를 삽입해 에너지를 얻는 구조.

수돗물, 빗물, 바닷물 등 우리 주위의 물 활용해 에너지 수확 가능

이번 연구의 가장 큰 장점은 에너지양이 많아졌다는 것이다. 최 교수 연구팀이 바닷물과 비슷한 농도의 용액을 만들어서 실험한 결과, LED 디스플레이를 켤 수 있을 정도로 에너지가 모였고, 간단한 전자기기 또한 구동할 수 있었다. 따라서 우리 주위의 물을 에너지 수확장치에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

센서로 사용할 수도 있다. 농도별로 나오는 전기 에너지가 다르다 보니 역으로 생각해 용액의 용도를 검출할 수 있는 센서로 활용하는 것이다. 투명한 성질을 이용해 태양광 발전 패널 위에 붙여 비가 내릴 때 에너지를 수확할 수 있다. 투명하고 휘어지는 소자로 활용할 수도 있다.

최동휘 교수는 “전하를 삽입한다는 것 자체가 새로운 것은 아니고, 만드는 공정도 어렵지 않다. 기존에 널리 쓰이고 산업체에서 활용하고 있는 공정이다. 그렇기에 실용성이 높다. 일반 고분자 필름과 같은 소재가 있을 때 기존에 널리 알려진 기술을 이용해 높은 에너지를 얻을 수 있으니 활용할 수 있는 방안도 많아지지 않을까싶다”고 밝혔다. 연구팀은 응용 분야 발굴과 관련한 후속 연구를 진행 중이다.

장순민 씨, 학부연구생 때부터 주도적으로 연구 참여

제1 저자로 참여한 장순민 씨는 “교수님께서 수업 때 주변에서 구할 수 있는 재료, 기존에 있는 방법으로 고기능성 제품을 만드는 방법을 말씀해주셨다. 연구를 결심하게 된 계기이기도 하다. 이번 연구도 기존 재료, 기존 방법에서 크게 바꾸지 않고 발상의 전환을 통해 전혀 다른 결과를 얻어낼 수 있었다. 세트업이 돼 있다면 충분히 대량생산이 가능하고 저비용, 고효율 에너지를 생산할 수 있다는 점이 가장 마음에 든다”고 말했다.

최동휘 교수 연구팀은 기존에 널리 쓰이고 있는 재료 가공방법을 수정, 보완 및 최대한 활용해 손쉽게 상용화할 수 있는 다양한 제품을 개발, 연구하는 것을 목적으로 한다. 최 교수는 “에너지 수확장치 개발은 하나의 응용 분야다. 산업체에서는 활용되고 있지만 학문적으로는 연구가 활발하게 이뤄지고 있지 않은 분야, 현장에서 쓰는 기술을 연구에 도입하여 재료의 특성을 좋게 한다든가 이를 활용해 값싸게 대량으로 만들어내는 방식을 연구해 나가고자 한다”고 향후 계획을 밝혔다.


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윤진한 2020-02-21 19:44:18
대학은 배치표가 아니고, 점수발표가 꾸준해야, 배치표도 인정되는데, 주권.학벌없는 경성제대 후신 서울대가 점수발표가 꾸준한 대학이 아님. 대학학벌이나 역사파악은 국사나 세계사(참고서 포함), 국내법.국제법, 정부간행 백과사전, 여러가지 백과사전, 학술서적등이 가장 좋은 자료임. 그래서 국민들이 쉽게 접할수 있는 입시전문지 베리타스 알파 상위 15개대를 이렇게 정리함.

Royal 성균관대,서강대>주권.학벌없는 경성제대 후신 서울대...

http://blog.daum.net/macmaca/2884