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한국화학연구원 이수연·김태호 박사팀은 누설 전류를 최소한으로 줄이고 전력 생산은 극대화한 고출력 마찰 전기 발전 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.

운동 중 신발과 바닥 사이에 발생하는 정전기 등 일상생활에서 버려지는 마찰 에너지는 스마트 워치 충전 등 소형 기기에 유용하게 활용할 수 있다.

다만 구조적으로 전류가 누설되는 한계가 있고 낮은 출력과 반복적인 마찰로 성능이 떨어지는 등 문제가 있다.

연구팀은 마찰 전기 발전 소재와 전극 사이에 '이온 겔 전기 이중층'(iEDL)을 도입, 전기 이중층이 없을 때보다 발전량이 13배 이상 향상된 마찰 소재를 개발했다.

전해질과 전극 표면 사이에 형성된 두 개의 전하 층이 마찰 후 생긴 전하를 안정적으로 고정해 전류 누설을 막는 역할을 한다.

© 국민정책평가신문 연구팀이 개발한 마찰 전기 발전소재 성능

또 찢어지거나 구멍이 생겨도 성능이 떨어지지 않아 1만 차례 반복된 실험에도 출력 전압 하락률은 0.1V 이내에 그쳤다.

연구팀은 500원짜리 동전 크기의 마찰 발전 소자 1개로 50㎽(밀리와트)급 소형 LED 전구 100개를 밝힐 만큼 충분한 전원을 공급하는 데 성공했다.

웨어러블 기기나 사물인터넷(IoT) 기기, 자가 전원 센서 등 저전력 기기에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 "발전된 전기를 효율적으로 저장할 수 있는 소자 개발과 독립 전원 시스템 구축 등 후속 연구를 통해 2030년 실용화할 수 있을 것"이라고 예상했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 이달 호 표지논문으로 실렸다.

© 국민정책평가신문  어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 9월호 표지논문