DGIST 로봇및기계전자공학과 김회준 교수 연구팀과 에너지환경연구부 정순문 박사 연구팀, 그리고 남덴마크 대학교 미시라 교수 연구팀이 국제 공동연구를 통해 움직임과 압력을 통해 전기와 빛을 동시에 생성하는 자가발전 센서를 개발했습니다.
배터리가 필요 없는 이 기술은 재난 구조, 스포츠, 웨어러블 기기 등 다양한 실생활에 응용 가능할 것으로 기대됩니다.
마찰전기 나노 발전기와 기계 발광은 각각 외부 전력 없이 전기와 빛을 생성할 수 있는 친환경 에너지 기술로 주목받고 있습니다.
하지만, 기존의 연구는 두 기술을 주로 개별적으로 연구하거나 간단히 결합하는 데 그쳤고 마찰전기 나노 발전기의 전기 출력 안정성과 기계 발광 소재의 빛 지속 시간이 부족해 실제 응용에는 한계로 작용해 왔습니다.
김회준 교수 등 연구팀은 고무와 같은 재질에 빛을 내는 황화아연-구리 입자를 넣고, 은 나노선 기반 단일 전극 구조를 설계해 높은 효율성을 구현해서 움직임과 압력으로 전기와 빛을 동시에 생성하는 시스템을 개발했습니다.
개발된 장치는 5,000번 이상 반복해서 눌러도 성능이 떨어지지 않고, 최대 60V 전압과 395nA(나노 암페어) 전류를 안정적으로 생성할 수 있어서 실제 상황에서 활용할 수 있는 수준의 완성도를 보였습니다.
특히, 빛을 이용해 SOS 신호를 보내는 기능은 물속이나 어두운 환경에서도 안정적으로 작동해 재난 구조나 심해 작업 같은 긴급한 상황에서 큰 도움을 줄 수 있습니다.
별도의 배터리 없이 충격을 감지해 즉각적으로 신호를 보내는 헬멧, 움직임을 감지하는 손목 보호대, 물속에서도 구조 신호를 전달하는 장비 등 웨어러블 안전장치, 스포츠 활동 모니터링, 구조 신호 장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
김회준 교수는 "이번 연구는 배터리가 없어도 움직임만으로 빛과 전기적 에너지를 동시에 만들어내고, 이를 즉시 활용할 수 있는 기술이라는 점에서 큰 의미를 가진다"라며, "특히, 에너지 하베스팅 기술을 통해 환경에 미치는 영향을 줄이면서도 긴급한 상황에서 실시간으로 신호를 보내는 기능까지 가능하다는 점에서, 이 기술이 우리 삶을 더 안전하고 지속 가능하게 만드는 데 기여할 것으로 기대한다"라고 밝혔습니다.
이번 연구는 DGIST 로봇및기계전자공학과 Sugato Hajra 박사후 연수연구원과 Swati Panda 박사과정생이 공동 제1 저자로 참여했고, 김회준 교수와 정순문 박사가 교신저자로 참여했습니다.
연구 결과는 SCI급 세계적 학술지 Advanced Sustainable Systems에 표지 논문으로 게재됐습니다.