메타 에너지 하베스팅 시스템의 모식도. 기계적 에너지원에서 발생하는 파장을 메타물질로 모은 다음 압전소자 기반의 에너지 하베스팅을 통해 전기를 생산한다. (사진=한국표준과학연구원 제공)
국내 연구진이 버려지는 에너지를 모아주는 '돋보기 물질'을 내놨다.
한국표준과학연구원은 김미소 박사 연구팀과 서울대 윤병동 교수 연구팀이 자연계에 없는 특성을 구현한 '메타에너지 하베스팅 시스템'을 개발했다고 14일 밝혔다.
에너지 하베스팅은 제대로 활용되지 않는 에너지를 모아 전기 에너지로 전환하는 기술이다.
소리, 진동, 초음파와 같이 어디서든 흔히 발생하는 기계적 에너지가 에너지 하베스팅의 좋은 공급원이다.
예를 들어 차량이 다리를 지나갈 때 발생하는 소음이나 노면의 진동까지도 전력원이 될 수 있다.
이 시스템은 메타물질이 에너지를 한 곳에 집속해주는 돋보기 역할을 하며 기존보다 22배 이상 증폭된 전기를 생산할 수 있다.
김미소 박사가 메타에너지 하베스팅을 실험하고 있다. 오른쪽 위 팔각형 구조가 연구팀이 개발한 메타물질이다. (사진=한국표준과학연구원 제공)
연구팀은 고전적인 방식에서 탈피해 버려지는 에너지를 처음부터 많이 모은 다음 수확하는 방법에 주안점을 뒀다.
그 결과 에너지를 최적으로 집속할 수 있는 메타물질인 음향양자 결정 구조를 개발해 하베스팅에 접목하는 데 성공했다.
이번에 개발한 메타물질은 여러 곳에서 입력으로 들어온 에너지를 한 곳으로 최대한 모아 더 나가지 못하게 묶어둘 수 있다.
이 기술로 압전소자 기반 에너지 하베스팅을 실행한 결과 기존보다 22배 넘는 전기 생산에 성공했다.
서울대 윤병동 교수는 "이번 기술은 진동과 같이 구조물 자체에서 발생하는 에너지를 메타물질로 대폭 증폭시켜 지속해서 전기를 공급할 수 있다"고 말했다.
표준연 김미소 박사는 "메타물질을 에너지 하베스팅에 접목해 센서와 같은 소자를 작동시킬 수 있는 밀리와트급 전력을 얻은 건 최초의 사례"라며 "에너지 하베스팅의 새 패러다임을 개척했다고 보면 된다"고 설명했다.
연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업 지원으로 수행했다. 성과를 담은 논문은 국제 학술지 '나노 에너지'(Nano Energy)에 실렸다.