전남대 연구팀, 발전시스템 개발
초속 3.5m 풍속서도 전기 생산 가능
나뭇잎이 흔들리는 정도의 산들바람에서도 전기에너지를 얻을 수 있는 기술이 개발됐다.
전남대 공과대학 고분자융합소재공학부 박종진(사진)교수 연구팀은 7일 1차 소재의 마찰전기 및 정전기 유도 현상을 이용해 낮은 풍속의 바람에서 발생하는 회전 에너지를 전기에너지로 변환하는 ‘회전마찰 발전시스템’을 개발했다고 밝혔다.
이번에 개발한 회전마찰 발전시스템은 기존에 보고된 회전마찰발전기의 2차원 마찰소재를 1차원 소재로 대체해 회전저항력과 에너지 수확효율을 최적화할 수 있도록 설계됐다. 이로 인해 일상에서 쉽게 발생하는 나뭇잎이 흔들리는 산들바람 정도의 풍속(초속 3.5m)에서도 높은 전기에너지를 수확할 수 있고 내구성이 우수해 다양한 곳에 응용이 가능하다.
기존의 보고된 마찰전기 발전기는 높은 에너지를 수확하기 위해 2차원 형태의 면 마찰을 이용한다. 이 방식은 회전에 대한 저항력이 크기 때문에 낮은 풍속에서 작동하기 어렵고 마찰에 의한 마모현상 때문에 내구성이 낮아 응용에 한계가 있었다.
이에 연구진은 기존의 2차원 마찰 물질 대신 큐티클(성장마디)이 형성돼 있는 천연섬유와 표면에 마이크로 모공을 갖는 합성섬유를 회전마찰 물질로 이용했다. 섬유자체의 유연함 때문에 회전 저항력이 낮아지고 섬유 표면이 큐티클과 마이크로 모공의 영향으로 마찰 효율이 증가해 낮은 풍속에서도 높은 에너지를 수확할 수 있다고 보고했다.
이와 같은 1차원 마찰을 이용한 회전마찰 발전기는 2㎝직경의 초소형으로도 제작이 가능하고 매우 작은 크기임에도 30V 정도의 높은 전기에너지를 수확할 수 있다.
낮은 풍속에서도 작동이 가능하고 발전기 크기를 최대한 줄일 수 있어 캠핑이나 하이킹 같은 레저 또는 스포츠용 보조전력으로 사용할 수 있다. 특히 터널처럼 낮은 풍속이 지속적으로 발생하는 터널내부 등에서 응용 가능성이 높은 것으로 평가된다. 이번 연구는 교육부와 산업기술자부의 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘나노에너지(Nano Energy)’1월 27일자 온라인에 게재됐다.
박 교수는 “1차원 소재의 마찰을 이용한 회전마찰 발전시스템을 기반으로 향후 섬유의 움직임에서 발생하는 전기에너지를 활용해 센서를 만드는 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
김종구 기자 sori@hankookilbo.com
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