제주대 메카트로닉스공학과 김상재 교수
자동차 배터리 등 축전지는 방전되면 외부에서 전기에너지를 가해 충전해야 다시 사용할 수 있다.
만일 외부 전기 없이 자체적으로 발전할 수 있는 축전지라면 방전 시 스스로 충전함으로써 반영구적인 사용이 가능해진다.
제주대 메카트로닉스공학과 김상재 교수팀이 그런 '꿈의 축전지' 개발 가능성을 확인했다.
축전지의 양극과 음극 사이에 압력이 가해지면 전기를 발생시키는 '압전소자'를 배치한 게 핵심이다.
기존 축전지처럼 충전을 외부 전기에 의존하는 게 아니라 축전지 내부의 압전소자가 만드는 전기로 충전하는 방식이다.
그럼 압전소자가 전기를 만드는 데 필요한 압력을 어떻게 가할까?
압력을 가하는 데 별도의 번거로운 과정이 필요하다면 외부 전기 의존성을 탈피하기 위해 축전지 전극 사이에 압전소자를 배치한 게 무의미해진다.
김상재 교수팀은 전극과 압전소자로 구성된 '자체축전전력소자' 두께를 1㎜ 이하로 만들어 이 문제를 해결하는 방안을 제시했다.
아주 얇게 제작된 자체축전전력소자를 옷에 부착하면 일상적인 신체 움직임으로 발생하는 옷의 접힘과 구부러짐 등으로 전기를 발생시킬 수 있기 때문이다.
제주대 김상재 교수팀이 제작한 '자체축전전력소자'가 LED를 밝힌 모습
옷의 접힘과 구부러짐 등 외력이 압전소자에 가해질 때마다 발생하는 전기를 차곡차곡 모아두었다가 웨어러블 기기 전원으로 활용할 수 있다는 설명이다.
실제로 김상재 교수팀은 제작된 소자를 손바닥으로 가볍게 두드리는 동작만으로 전기를 모아 LED를 밝히는 데 성공했다.
김상재 교수는 29일 "후속 연구를 통해 소자가 압력을 전기로 바꾸는 효율을 크게 올릴 수 있다면 웨어러블 기기 전원으로 충분히 사용될 것으로 기대한다"고 밝혔다.
미래창조과학부와 한국연구재단의 '기초연구사업(중견연구자지원)' 지원으로 수행된 김 교수팀의 이번 연구 결과는 재료 분야 세계적 권위 학술지 'ACS Nano' 3월 26일 자 온라인판에 실렸다.