자가 전력 생산·공급...새 압전 복합재료 설계 가능
[충청뉴스 박동혁 기자] 한국기술교육대학교는 김병기 교수(메카트로닉스공학부) 연구팀이 배터리가 필요 없는 새로운 ‘자가 충전 전력 시스템’을 개발했다고 5일 밝혔다.
김병기 교수팀은 제주대 목영선 교수팀과 공동으로 이번 연구를 진행했다.
연구를 통해 웨어러블 압전 나노발전기와 비대칭 슈퍼커패시터를 통합했다. 이를 통해 재생에너지로 자가 전력을 생산·공급하는 새로운 압전 복합재료 설계가 가능해졌다.
연구팀은 희토류 금속인 터븀 텅스텐을 2D 물질인 황화몰리브덴에 삽입한 복합재를 이용해 자가 충전 전력 시스템의 두 축인 압전 발전 소자와 슈퍼커패시터 음극재 역할을 모두 수행하도록 했다.
손가락 탭핑으로 압전 발전기에서 출력되는 전압은 2.81V로, 순수한 이황화몰리브덴보다 약 4.2배 더 좋은 결과를 얻었다.
전력밀도는 지금까지 보고된 결과보다 1.5배가량 높은 7.3μW/㎡를 구현했다.
TbW@MoS2를 음극재로 사용한 슈퍼커패시터는 이황화몰리브덴과 순수 터븀 텅스텐 각각의 용량보다 더 높은 용량인 62.6mAh/㎠를 기록했다.
김 교수는 “소형 전자기기를 외부 전력 도움 없이 압전형 나노발전기를 이용해 전압을 발생시켜 슈퍼커패시터를 통해 작동시키는 과정을 보여준 연구”라며 “그린에너지 생성·공급에 대한 좋은 사례가 될 것”이라고 설명했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구사업과 중점연구소사업의 지원으로 수행했다. 연구 결과는 재료공학 분야 국제 학술지 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’에 게재됐다.
