배터리가 방전돼도 체온으로 전자기기를 작동시킬 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.
20일 한국연구재단은 홍용택 서울대 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 정승준 박사 연구팀과 공동연구로 배터리없이 체온으로 자가발전해 무선 웨어러블 전자기기를 작동시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다고 밝혔다. 열전소자는 제벡(Seebeck) 효과에 의해 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자다. 제벡 효과란 서로 다른 금속의 양 끝을 접합한 후 한쪽에 열을 가했을 때 전위차가 발생해 전류가 흐르는 현상이다.
시계와 안경 등 다양한 형태의 입을 수 있는(웨어러블) 전자기기 사용이 증가하면서 관련 기기에 효율적으로 전원을 공급할 소자 개발이 활발해지고 있다. 열전소자는 신축성을 부여하면 사람 피부에 부착 가능하며, 체온을 이용해 배터리 없이 동작하는 자가발전 웨어러블 기기를 구현할 수 있어 새로운 전원 공급 소자로 주목받고 있다.
열전소자가 생성할 수 있는 전력은 소자의 내부 저항과 반비례하는데, 기존 신축 열전소자는 내부 저항이 높아서 생성되는 전력이 적고 실용성이 떨어지는 등의 한계가 있다. 연구팀은 은-나노와이어 기반의 신축 전극에 금속 입자 간 접촉 부분을 결합시키는 공정을 통해 내부 저항을 낮추었으며, 신축 전극과 열전소자의 접합부에 은 입자 기반의 전도성 중간층을 도입하여 접합부 계면 저항을 감소시켜 자가발전 성능을 높이는 데 성공했다.
이 공정을 적용한 신축 열전소자는 내부 저항이 기존의 6배 이상 감소해 세계 최고 수준의 발전 성능을 보였다. 또 외부 전원장치없이 체온에 의한 발전만으로 블루투스 통신이 가능해 긴급 상황에서 구조 요청을 할 수 있는 무선 자가발전 웨어러블 시스템을 동작시킬 수 있었다.
홍용택 교수는 "이번 연구는 기존 신축 열전소자의 기술적인 한계로 여겨졌던 낮은 발전 성능 문제를 해결하고, 체온과 같은 적은 열에너지로도 무선 웨어러블 기기를 동작시켜 신축 열전소자의 실용성을 높인데 의의가 있다"라며 "배터리 없는 자가발전 웨어러블 기기의 대중화 및 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
이번 연구결과는 에너지분야 국제학술지 에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters) 표지논문으로 게재됐다.
Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.
