▲ (左부터)김동성 포스텍 기계공학과 교수, 나노임프린팅 공정을 도입하여 접촉대전 나노발전기를 생산하는 과정.

국내 연구진이 저비용으로 마찰전기를 이용한 나노발전기 상용화 원천 기술을 개발해 나노구조 표면을 가진 마찰전기 에너지 하베스팅 소자 대량생산의 길이 열릴 것으로 보인다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 포스텍 김동성 교수 연구팀이 일상에서 버려지는 마찰전기를 모아 전력으로 재활용하는 나노발전기 제조에 있어서 복잡한 제작과정을 단순화한 저비용․고효율․고속생산의 대량생산 공정기술을 개발했다고 밝혔다.

최근 스마트폰, 태블릿PC등 소형 전자기기에 대한 수요가 증가함에 따라 그와 함께 지속적으로 전기를 공급할 수 있는 에너지 하베스팅 기술에 대한 연구가 활발하다.

그중 ‘접촉대전 나노발건기술’은 두 개의 서로 다른 물질이 접촉 후 분리될 때 말찰 전기에 의해 생성되는 유도전사를 이용하는 기술로 높은 유용성과 고효율을 지니지만 반도체공정 같은 고비용 다단계 공정이 수반되어 상용화 위한 대량 생산에 어려움이 있었다.

이에 연구진은 나노 금형을 고분자로 이루어진 필름과 적층해 열과 압력을 가하는 공정인 ‘나노임프린팅 공정’을 도입해 나노표면 제작과 전도층 부착 공정을 전과는 다르게 한번에 진행했다.

이를 통해 얇고 미세한 얇고 투명하고 휘어질 뿐만 아니라, 표면에 수백 나노 크기(1천만분의 1m)의 미세한 구조를 형성해서, 나노구조가 없는 평판구조와 비교했을 때 최고 약 10배까지 에너지 발전 효율을 증가시킨 접촉대전 나노발전기를 세계 최초로 제작하는 데에 성공했다.

연구진은 제곱 센티미터(cm2)의 접촉대전 나노발전기를 수 분 내에 $1 정도의 비용으로 제작할 수 있게 되어 상용화의 가능성을 높였다고 밝혔다.

이어 ‘웨어러블 전원 공급 장치’ 및 ‘휘는 디스플레이’의 표면에 부착해서 전원 보조 장치로 사용하거나 태양전지와 융합해 태양광과 떨어지는 빗물의 에너지를 동시에 이용하여 전기를 생산하는 ‘다중 에너지 수확 장치’ 등으로도 응용이 가능하다고 밝혔다.

김동성 포스텍 교수는 “이번 연구를 통하여 얇고 투명하며, 휘어지는 접촉대전 나노발전기를 값싸고 빠르게 제작할 수 있는 상용화 기술을 세계 최초로 보고함으로써 산업적인 파급효과가 매우 클 것으로 예상하며, 웨어러블 전자기기와의 융합을 통해 새로운 산업에도 폭 넓게 응용이 가능하다”라고 연구의 의의를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업, 선도연구센터지원사업 등을 통해 수행하였으며, 연구결과는 어드밴스드 머트리얼즈(Advanced Materials) 온라인판 10월 15일자에 게재되었다.