국내 연구진이 나노 크기(10억 분의 1m)의 물질을 사용해 전기를 생산하는 차세대 에너지 기술인 나노발전기 원천기술 개발에 성공했다.
KAIST(총장 서남표)는 신소재공학과 이건재 교수 연구팀이 나노복합체를 이용한 신개념 나노발전기 원천기술을 개발해 재료분야 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티어리얼(Advanced Materials)' 6월호 표지논문에 게재됐다고 12일 밝혔다.
나노발전기는 압전 물질에 압력이나 구부러짐 등과 같은 물리적 힘이 가해질 때 전기가 발생하는 '압전 효과'를 이용해 전기를 생산한다.
이 기술은 2009년 MIT가 선정한 10대 유망기술에 선정됐으며, 2010년 미국의 과학월간지 파퓰러사이언스(Popular Science)가 선정한 세계를 뒤흔들 45가지 혁신기술에 포함되기도 했다.
나노발전기 개발을 위한 압전 물질은 2005년 미국 조지아공대 왕중린 교수팀이 세계 처음으로 나노발전기 개념을 제시하면서 적용한 '산화아연(ZnO)'이 유일했다.
이후 이재건 교수 연구팀은 산화아연보다 15~20배 높은 압전 특성을 갖는 세라믹 박막물질인 '티탄산화바륨(BaTiO3)'을 이용해 나노발전기 효율을 한층 업그레이드 시킨바 있다.
이 교수 연구팀이 이번에 성공한 기술은 나노복합체를 이용해 간단한 공정으로 나노발전기를 제작하는 것으로 적은 비용으로도 넒은 면적의 나노발전기를 구현해 낼 수 있게 됐다.
연구팀은 수백 나노 크기의 고효율 압전 나노입자인 ‘티탄산화바륨’과 비표면적이 크고 전기 전도성이 높은 ‘탄소나노튜브’ 또는 ‘산화 그래핀(RGO)’을 폴리머(polydimethylsiloxane, PDMS)와 섞은 후 간단한 코팅공정을 통해 넓은 면적의 나노발전기 제작에 성공했다.
이건재 교수는 “압전효과를 바탕으로 한 ‘나노자가발전 기술’은 적은 기계적 힘만으로도 전기를 생산할 수 있어 차세대 에너지 기술로 각광을 받고 있지만, 기존 기술은 제작공정이 복잡하고 고가의 비용문제 및 소자크기의 한계성을 극복하지 못했다”고 말했다.
아울러 “이번에 개발된 기술에 패키징 및 충·방전 기술을 융합하면, 반영구적으로 자가발전 및 저장이 가능한 새로운 형태의 에너지 시스템 개발에 응용될 수 있다“고 덧붙였다.
한편, 이번 기술은 해외 1건, 국내 2건의 특허가 출원 및 등록됐다.
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