[과학을 읽다]배배꼬인 실…전기 스스로 만든다

국내 연구팀, 관련 기술 내놓아

▲트위스트론 실이 늘어나면서 전기가 발생해 초록 LED를 켰다.[사진제공=과기정통부]

[아시아경제 정종오 기자] 전기를 스스로 만드는 배배꼬인 실이 나왔습니다. 물론 일반 실은 아닙니다. 탄소나노튜브를 꼬아 코일 형태로 만든 실입니다. 이 실을 전해질 속에서 잡아당기면 꼬임이 증가하면서 부피가 감소됩니다. 그 결과 전하를 저장할 수 있는 전기용량이 줄어듭니다. 전기용량 변화량만큼 전기에너지를 생산합니다.

이를 응용하면 배터리 없는 휴대폰, 장시간 비행 드론을 만들 수 있습니다. 국내 연구팀이 수축 이완하거나 회전할 때 전기 에너지를 저절로 생산하는 최첨단 실(yarn)을 개발했습니다.

연구팀은 탄소나노튜브를 꼬아서 코일 형태의 트위스트론 실(탄소나노튜브 인공근육)을 제조했습니다. 트위스트론(twistron) 실이란 Twist(꼬다)와 tron(기구)의 합성어로 과도하게 꼬여진 고무밴드 같은 코일형태의 실을 뜻합니다.

트위스트론 실은 19.2㎎만으로 2.3V의 초록색 LED 전등을 켤 수 있습니다. 이 실은 초당 30회 정도의 속도로 수축 이완할 때 1㎏당 250W의 전력을 생산할 수 있습니다.

연구팀은 파도나 온도변화를 활용해 트위스트론 실이 스스로 전기 에너지를 생산하는 실험을 실시했습니다. 트위스트론 실에 풍선을 매달아 바다 속에 직접 넣으면 파도가 칠 때마다 전기에너지가 생산됐습니다.

티셔츠에 트위스트론 실을 꿰매서 삽입하고 호흡에 반응하는 자가 구동 센서도 만들었습니다. 사람이 트위스트론 실로 꿰맨 티셔츠를 입고 호흡을 할 때마다 가슴의 넓이가 변화되는 것을 이용해 전기 에너지가 발생됩니다. 이를 측정해 호흡의 크기, 주기 등을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

실험을 통해 트위스트론이 에너지 하베스터로서의 응용가능성을 입증했습니다. '에너지 하베스터'란 열, 진동, 음파, 운동, 위치에너지 등 주변에서 일상적으로 버려지거나 사용하지 않는 작은 에너지를 수확해 사용가능한 전기에너지로 변환하는 장치를 뜻합니다.

이번 연구는 김선정 한양대 교수 연구팀이 수행했습니다. 관련 연구 논문은 국제학술지 사이언스 8월25일자(논문명 :Harvesting Electrical Energy from Carbon Nanotube Yarn Twist)에 실렸습니다.

김선정 교수는 "기존 배터리와 달리 반영구적으로 무제한 전기 에너지를 생산할 수 있는 트위스트론 실은 해양에서의 대량 전기 생산, 휴대폰과 드론에 연속적 전원공급 등 다양하게 응용될 것으로 기대된다"고 말했습니다.

▲파도가 칠 때마다 움직이는 풍선에 의해 트위스트론 실이 수축이완해 바닷물로부터 전기 에너지를 생산하는 것을 확인했다.[사진제공=과기정통부]

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr