'스마트옷' 열전소재 개발.. 찢어도 다시 붙는다

[아시아경제 황준호 기자] 손으로 잡아서 늘릴 수 있고 구겨지거나 찢어져도 회복해 전기를 전달해주는 열전소재가 개발됐다. 열전소재는 온도 변화에 따라 전기를 생산하는 소재로, 향후 체온을 전기에너지로 바꿔주는 '스마트 옷' 개발이 가능해질 것으로 예상된다.

장성연 울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀과 전주원 국민대 응용화학부 교수 연구팀은 이같은 내용의 공동 연구 결과가 에너지 소재 분야 국제 학술지인 에너지 앤드 인바이어런먼탈 사이언스에 실렸다고 18일 밝혔다.

찢어져도 다시 붙는 유기물 열전소재

연구팀은 자가 치유 능력과 신축성을 동시에 가진 '이온성 고분자 열전소재'를 개발했다. 전도성 고분자와 전해질 고분자를 이용해 높은 열전 변환 성능을 갖춘 유기물 기반 열전소재를 개발한 것이다.

이 소재는 전자 대신 이온을 움직여 전압을 발생시킨다. 이에 따라 열전 변환 효율이 뛰어나다. 이 소재의 열전 성능 지수는 1.04에 달한다. 현존 유기열전소재 중 가장 높은 수준이다. 일반적인 유기열전소재의 열전 성능 지수는 0.3 이하다. 열전 성능 지수는 소재 내에서 발생된 온도 차이(온도구배)를 전기에너지로 변환 하는 능력을 보여주는 지표다.

여기에 구조 내부의물리적 가교로 인해 매우 높은 신축성을 지녔다. 원래 길이에서 7.5배까지 늘어날 수 있다.

찢어짐과 파손에도 스스로 치유하는 능력까지 갖췄다. 반복적인 늘림과 절단에도 열전 성능을 유지한다.

전주원 교수는 "공액계 전도성고분자와 전해질 고분자를 복합화하고 이들과 수소결합과 극성결합을 형성할 수 있는 물리적 가교제를 첨가해 신축성과 자가 치유 특성을 갖춘 고성능 열전소재를 개발했다"고 설명했다.

전기 생산해 저장하는 에너지소자로 제조 가능

전주원 국민대 교수(오른쪽부터), 장성연 울산과학기술원 교수

연구팀은 이 열전소재를 이용하면 전기에너지를 생산하고 바로 저장할 수 있는 에너지소자 제조가 가능하다고 밝혔다. 연구팀은 개발된 열전소재를 이용해 열전·슈퍼커패시터 복합에너지 소자를 제조하기도 했다. 열전발전의 경우 생산되는 전력량이 일정치 않아 전기를 저장해야 생산된 전력을 더 효율적으로 사용할 수 있다.

장성연 교수는 "이번 연구로 높은 열전변환효율과 자가 치유 특성을 동시에 지니는 유기열전소재 최초를 개발했다"며 "향후 웨어러블 자가전원을 개발하는데 있어 새로운 전기를 마련하는 소재를 개발했다는 데 큰 의미가 있다"고 강조했다.