투명·유연한 에너지 발전소자 개발…촉각 터치센서 활용 기대

이주혁 교수(왼쪽)와 배진우 교수. (사진=한국연구재단)

[이데일리 김정유 기자] 신축성 폴리염화비닐(PVC) 고분자 겔을 응용한 마찰전기 나노발전기를 구현, 정전기로부터 얻은 에너지로 위치 및 압력을 인식할 수 있는 촉각센서가 국내 연구진에 의해 소개됐다.

한국연구재단은 이주혁 교수 연구팀(대구경북과학기술원, 제1저자 박효식 석박통합과정)이 배진우 교수 연구팀(한국기술교육대학교, 제1저자 오승주 박사과정)과 협력해 신축성 PVC 고분자 겔을 응용한 마찰전기 나노발전기를 개발했다고 3일 밝혔다.

PVC는 건축 파이프, 바닥재 등에 사용되는 단단한 플라스틱 소재이고, 마찰전기 나노발전기는 접촉, 진동 같은 기계적 에너지를 이용해 전기를 생산하는 소자다.

이번에 개발한 마찰전기 나노발전기는 에너지 발전 소자로써 기계적 에너지를 수확할 수 있을 뿐 아니라 전극 그리드 패턴(격자 모양으로 전극 배열) 없이도 임의의 위치를 건들이면 위치를 감지할 수 있는 촉각센서로도 구현 가능하다.

최근 신축성 있는 전자기기를 구현하려는 시도가 활발해지고 있는 가운데, 이에 활용 가능한 전원 공급 장치의 개발도 활발히 진행되고 있다.

특히 마찰전기 나노발전기는 압력, 진동, 풍력 등 버려지는 에너지를 수확해 전기에너지로 변환할 수 있는 소자여서 전원 공급 장치로의 활용 가능성에 대해서도 주목을 받고 있다.

하지만 기존 마찰전기 나노발전기는 기판, 전극, 유전소재 등 최소 2가지 이상의 층으로 이뤄져 두께가 두꺼울뿐 아니라 유연성이나 투명성에 제한이 있어 제작공장이 복잡했다.

이에 연구팀은 가소제(플라스틱을 유연하게 만들어주는 물질)가 포함된 PVC 겔을 사용해 투명하면서도 매우 잘 늘어나는 1개층의 고출력 마찰전기 나노발전기 개발에 성공했다.

이를 통해 기계적 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 접촉에 의한 에너지 발전 효율도 향상시킬 수 있었다.

또한 촉각센서의 위치 감지를 위해 필수적인 전극 그리드 패턴 없이도 접촉 거리에 따라 마찰전기 출력이 변하는 특성을 활용, 접촉한 위치나 압력 등의 감지가 가능한 촉각 센서로의 활용 가능성을 보였다.

연구팀은 이번에 개발한 에너지 발전 소자가 투명하고 잘 늘어나는 특성을 가지고 있어 미래 유연전자소자의 에너지원으로 활용 가능성을 기대하고 있다.

더불어 구조적으로도 간단해 공정비용을 낮출 수 있어 향후 지속적인 연구를 통해 증강현실(AR), 혼합현실(XR) 등 가상현실, 전자스킨, 웨어러블 장치 관련 분야에도 적용 가능할 것으로 보고 있다.

한편, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수신진연구, 중견연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’온라인판에 지난 5월 26일 게재됐고 표지 논문으로 선정된 바 있다.