한국연구재단, 자가발전 웨어러블 기기 구현 위한 고성능 신축 열전소자 소개

[충청뉴스 이성현 기자] 배터리 없이 체온만으로도 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자가 소개됐다.

한국연구재단은 서울대 홍용택 교수 연구팀과 KIST 정승준 박사 연구팀이 배터리 없이 체온만으로 자가발전해 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

열전소자는 제벡 효과에 의해 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자다. 신축성을 부여하면 사람의 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 한계가 있다.

외부 기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 구현하려면 신축 열전소자의 내부 저항을 높이는 주된 요인인 신축 전극과 열전소재 사이의 계면 저항과 신축 전극의 전기 저항을 해결해야 한다.

연구팀은 신축 열전소자 내부의 계면과 신축 전극의 전기 저항을 개선할 두 가지 전략을 도입하여 내부 저항은 낮추고 자가발전 성능은 높인 고성능 신축 열전소자 개발에 성공했다.

은-나노와이어 기반의 신축 전극에 용액 기반 웰딩 기법을 적용해 내부 저항을 낮췄으며 신축 전극과 열전소재의 접합부에 은 입자 기반의 전도성 중간층을 도입하여 접합부의 계면 저항을 감소시켰다.

연구팀 실험 결과 두 가지 전략을 모두 적용한 신축 열전소자는 내부 저항이 기존의 6배 이상 감소하여 세계 최고 수준의 발전 성능을 보였다. 또 외부 전원장치 없이 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”면서 “배터리 없는 자가발전 웨어러블 기기의 대중화 및 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.