중앙대, 신체 활동→에너지로 수확…발전 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 중앙대 연구진이 일상 속 신체 활동에서 발생하는 에너지를 수확하는 차세대 발전 기술을 개발했다.

왼쪽부터 허지웅 박사과정생, 송명환 박사과정생, 이상민 교수(사진=중앙대 제공)

중앙대는 이상민 기계공학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 얻었다고 25일 밝혔다.

연구팀이 개발한 차세대 발전 기술은 ‘인체 매개 에너지 동시 수확 마찰대전 나노 발전기’이다. 기존 휴대형 나노 발전기는 휴대성은 갖췄지만, 출력이 작고 발전 한계 역시 뚜렷했다.

연구팀은 에너지원 자체를 추가 확보한다는 새로운 접근법으로 이런 한계를 극복했다. 기기 내부의 구슬이 상하 운동을 하며 전극과의 접촉·반복함으로써 에너지를 수학하는 방식이다. 이와 동시에 신체와 지면 사이에서 생기는 마찰대전 에너지를 추가로 수확한다는 점이 특징이다. 실험 결과 동일 유전체를 사용할 때는 두 전극에서 인체로 전달되는 전위가 같아 에너지 수확이 거의 일어나지 않았다. 하지만 다른 소재를 사용할 경우 전위가 극대화돼 에너지 수확 효율이 크게 향상됐다.

연구팀은 손잡이의 형상, 내부 구슬의 부피와 재질 등 다양한 설계 변수를 실험해 최적의 조건을 도출했다. 이를 통해 상용 온습도계를 구동할 만큼의 에너지를 생산할 수 있었다. 구조가 단순한 만큼 추가 배터리나 복잡한 부품 없이도 일상적 신체 활동만으로도 전력 생산이 가능하다는 점에서 상용화 가능성이 높은 것으로 평가된다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 국제 저명학술지(Nano Energy)에 게재됐으며 기계공학과 허지웅 박사과정생, 송명환 박사과정생이 공동 제1저자로 이름을 올렸다.

이상민 교수는 “이번 연구는 인체 활동 에너지를 효율적으로 수확해 배터리 충전이 어려운 웨어러블 및 휴대용 전자기기의 전력 문제를 해결할 새로운 방향을 제시한 것”이라고 설명했다.