[과학을 읽다]양파껍질로 전기 만든다

포스텍 연구팀, 관련 압전소자 내놓아

최종수정 2017.11.15 10:30기사입력 2017.11.15 10:30 정종오 산업2부 기자
▲양파껍질을 기반으로 만든 나노발전소자를 통해 기침과 심장박동에 대한 센서 구동(좌), 바람과 스마트 신발을 통한 LED 구동(우).[사진제공=포스텍]

[아시아경제 정종오 기자] 걸어 다니면서 전기를 만들 수 있는 시스템은 '웨어러블 시대'의 핵심 화두입니다. 양파껍질로 스마트 압전소자를 만들 수 있게 됐습니다. 국내 연구팀이 관련 압전소자를 개발했습니다.

눈을 깜박이고 기침을 하고, 무언가를 잡고 걷는 등 움직임을 통한 압력이 전기 에너지가 되는 압전소자 기술은 차세대 에너지 기술로 주목받고 있습니다. 문제는 압전소자를 만들 때 꼭 필요한 결정 물질에 있습니다. 결정물질로 'PZT'와 'BTO'와 같은 유해물질이 사용되기 때문입니다.

연구자 건강뿐 아니라 환경오염 문제가 해결 과제였습니다. 포스텍(POSTECH) 연구팀이 셀룰로스 섬유질로 이뤄진 양파껍질을 이용해 인체에 무해한 압전소자를 내놓았습니다. 몸속에 부착해도 거부반응이 없고 효율까지 높았습니다.

압전나노발전소자는 힘이나 자극이 가해졌을 때 압력을 전기로 바꿔주는 소자를 말합니다. 보통 힘을 가하면 양과 음으로 전하가 나뉩니다. 표면의 전하 밀도가 변하면서 전기가 흐르는 압전 효과가 발생합니다. 압전소자로 양전하와 음전하 위치가 쉽게 어긋나 편극이 변화하는 결정물질을 사용하면 일정한 방향에서 양과 음의 전하의 이동 변화가 나타나 효율이 높은 전기를 만들 수 있습니다.
압전소자 기술을 적용되면 소자를 신체나 기기에 부착해 사람의 움직임이나 바람, 진동 등 일상에 다양하게 존재하는 에너지를 전기 에너지로 바꿀 수 있습니다.

연구팀은 셀룰로스 섬유질의 정렬로 인한 결정성이 압전효과를 낼 수 있을 것으로 판단했습니다. 셀룰로스 섬유질이 있는 성분 중 쉽게 얻을 수 있는 양파 껍질에 주목했습니다. 실험 결과 양파 껍질을 통해 에너지를 얻을 수 있음을 확인했습니다. 가벼운 나뭇잎 정도의 움직임만으로도 전기를 생산할 수 있을 만큼 민감했습니다. 내구성도 뛰어나고 효율도 높은 소자를 만들었습니다.

이번 연구는 김진곤 포스텍 화학공학과 블록공중합체 자기조립연구단 교수, 산딥 마이티(Sandip Maiti) 박사 연구팀이 인도 카락푸르공대 카투아(Khatua) 교수 연구팀과 공동으로 수행했습니다.

김진곤 교수는 "이번 연구 성과는 환경오염을 시키지 않는 자연 원료 자체로 전력 생산할 수 있는 발전 소자를 개발했다는 것에 큰 의미가 있다"며 "앞으로 웨어러블 기기와 같은 차세대 디바이스 에너지 공급원 개발 기반이 될 것"이라고 설명했습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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