옷에 장치를 부착해 전기를 생산하세요

DGIST(총장 이건우)는 로봇 및 메카트로닉스 공학과 장경인 교수팀이 신체 움직임을 이용해 전기 에너지를 수확할 수 있는 3차원 신축성 압전 에너지 수확기를 개발했다고 밝혔습니다. 이 장치는 피부나 옷에 부착할 수 있어 웨어러블 에너지 수확기로 활용될 예정입니다.

에너지 수확기는 마찰 전기 효과나 압전 효과로 작동하는지에 따라 두 가지 유형이 있습니다.

장 교수팀이 개발한 이 장치는 피부의 탄성이나 관절의 움직임 등 물리적 활동으로부터 전기를 생성하는 압전효과를 기반으로 합니다.

문헌에는 압전 에너지 수확기에 초점을 맞춘 여러 연구가 있지만, 대부분은 에너지 효율이 낮은 유기 또는 복합 기반 압전 재료를 사용합니다.

이로 인해 신체 움직임에서 충분한 전력을 얻는 것이 어려웠고, 착용형 에너지 장치로서의 사용이 제한되었습니다.

장교수팀이 개발한 소자는 압전 효율이 높은 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)를 기반으로 합니다.

PZT는 뛰어난 압전 성능을 가지고 있지만, 단단하고 부서지기 쉬워서 늘어나는 소자로 사용하기 어렵습니다.

하지만 장 교수팀은 PZT를 변형에 둔감한 3차원 구조로 설계해 높은 에너지 효율과 신축성을 동시에 확보했습니다.

그들은 또한 장치의 전기 에너지가 상쇄되지 않도록 전극을 여러 섹션으로 나누는 새로운 곡률별 결합 전극 설계를 도입했습니다.

이로 인해 기존의 스트레칭 압전 에너지 수확기보다 에너지 효율이 280배 높아졌습니다.

"이 고효율 신축성 압전 에너지 수확기 기술을 개발하는 것은 이 연구의 주요 성과입니다."라고 교수가 말했습니다.

장. "우리는 이 기술이 상용화되면 유용해지고 웨어러블 에너지 수확기의 실용화로 이어질 것으로 기대합니다."

이 연구는 한국연구재단의 STEAM 연구사업과 미래선도형특성화연구사업, 네이버의 디지털바이오연구사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노과학 분야의 세계적 학술지 인 ACS NANO 에 12월 게재되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241216130147.htm