이민백 교수 연구팀, 이온 기반 고출력 마...

고습도 및 고온에서도 안정적인 출력 유지

극한 환경서도 출력 손실 없는 마찰 대전 소자로 활용 기대

 

▲(왼쪽부터) 박상혁 물리학과 연구원, 이민백 물리학과 교수.

 

 

이민백 물리학과 교수 연구팀이 내부 코로나 방전(Interlayer Corona Discharge)을 활용한 이온 기반 마찰 대전 에너지 수집 소자를 개발했다.

 

코로나 방전은 기체 중에서 두 전극 사이에 전압이 점차 높아지면 특정 지점에서 불꽃 방전이 발생하는데, 불꽃을 내기 전 전기장의 강한 부분만 발광(發光)하면서 전도성을 갖는 현상을 말한다.

 

물리학과 이민백 교수, 박상혁 연구원 연구팀은 은(Ag) 나노선과 PET 복합기판을 적층(얇은 필름 모양의 물질을 두 종류 이상 맞붙이는 것) 구조로 제작하고, 내부 코로나 방전을 이용해 소자 표면에 음이온을 유도하는 데에 성공하면서 마찰 대전 에너지 수집 소자를 구현했다.

 

마찰 대전 에너지 수집 소자는 실시간으로 버려지는 에너지를 수집해 저장하며, 배터리 충전 및 사물 인터넷(Internet of things) 등 실생활에 활용된다.

 

배터리 충전, 사물 인터넷 등의 효율성을 생각하면 출력이 크고, 오래 지속되며 안정적인 에너지 수집이 가능한 소자가 필요하기 때문에 마찰 대전 에너지 수집 소자가 주목받고 있다. 하지만 습도에 대한 낮은 저항력과 높은 전압에 비해 낮은 출력 전류 문제로 실제에 응용 가능한 마찰 대전 에너지 수집 소자 개발은 아직까지 난제로 여겨지고 있다.

 

이번에 개발한 마찰 대전 에너지 수집 소자는 은 전극이 기판 내부에 위치해 마찰 손상에 대한 내구성이 강하고, 투명하고 유연한 소자 구현이 가능하다. 기존의 마찰 대전 에너지 수집 소자와 비교했을 때 고습도나 물에 의한 성능 저하가 거의 없었다. 3만회 이상 구동을 했을 때도 400V의 높은 성능을 유지했다. 방전 처리하지 않은 소자의 경우 출력 전압이 30V 정도임을 고려할 때 고안한 방법의 출력과 안정성은 우수한 것으로 확인했다.

 

이 같은 결과가 담긴 ‘이온 나노 제너레이터에 대한 층간 코로나 방전 처리를 위한 적층 구조’(Laminating Structure for Interlayer Corona Discharge Treatment Toward Ion-Based Nanogenerators) 주제 논문은 우수한 연구성과를 인정받아 국제 저명 학술지인 ‘스몰 메소즈(Small Methods, IF=15.4)’에 게재됐다.

 

이민백 물리학과 교수는 “내부 코로나 방전을 통한 이온 기반 마찰 대전 소자는 앞으로 지속 가능한 출력을 갖는 차세대 에너지 수집 소자로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.