연구성과

김동성 교수, 마찰전기를 이용한 나노발전기 상용화 원천기술 개발

2015-11-04426
김동성 교수 연구팀

한국연구재단(이사장 정민근)은 국내 연구진이 일상에서 버려지는 마찰전기를 모아 전력으로 재활용하는 나노발전기1 제조에 있어서 복잡한 제작과정을 단순화한 저비용
고효율고속생산의 대량생산 공정기술을 개발했다고 밝혔다. 
 
POSTECH 김동성 교수 연구팀은 얇고 투명하며, 휘어지는 나노발전기의 대량생산 및 상용화 방법에 대한 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업, 선도연구센터지원사업 등을 통해 수행하였으며, 연구결과는 재료분야의 권위있는 학술지인 어드밴스드 머트리얼즈(Advanced Materials) 온라인판 10월 15일자에 게재되었다.
 
최근 전 세계적으로 이목을 끌고 있는 에너지 수확 기술 중 하나인 접촉대전 나노발전기술은 두 개의 서로 다른 물질이 접촉할 때 생성되는 마찰전기와 이에 수반되는 유도전하를 이용한 ‘만지면 전기가 생성되는 발전 기술’이다. 기존의 다른 에너지 수확기술들과 비교했을 때 높은 효율과 유용성 및 뛰어난 접근성과 같은 장점을 가지고 있어 지속가능한 에너지원을 개발하려는 시대적 요구에 맞춘 시스템으로 주목을 받고 있다. 
 
접촉대전 나노발전기술은 2012년 처음 제안된 이후 발전 효율을 효과적으로 증가시키기 위하여 국내외 여러 그룹에서 연구를 활발히 진행하고 있으며, 그 결과 접촉대전 나노발전기 표면 위에 나노 크기의 구조가 발전 효율을 획기적으로 증대시킬 수 있음이 밝혀졌다. 하지만 현재까지 제안된 대부분의 나노구조를 포함한 접촉대전 나노발전기 제작은 진공공정을 포함한 고비용 공정을 필요로 하고, 표면 이송 및 전극 결합 등의 추가적인 후처리를 필수적으로 요하는 단점을 갖고 있어 대량생산에 어려움을 겪고 있다. 이는 접촉대전 나노발전기의 시장성을 저해하는 가장 큰 요소로 현 시점에 접촉대전 나노발전기의 시장성 관련 문제는 반드시 해결해야 할 난관이다. 
 
본 연구팀은 나노임프린팅 기술을 접촉대전 나노발전기 제작에 세계 최초로 도입, 얇고 투명하며 휘어지는 접촉대전 나노발전기의 제작 공정을 원스텝으로 단순화하는 것에 성공하였으며, 낮은 공정비용 및 빠른 생산속도를 통한 대량생산의 가능성을 처음으로 발견하였다. 별도의 후처리 없이 단 한 번의 공정(one-step)을 통해 생산이 가능하기 때문에 대량생산에 적합하며, 이는 시장성을 확보하는 것에 있어 매우 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.
 
본 연구팀에서 제작한 접촉대전 나노발전기는 매우 얇고 투명하며, 휘어지는 장점들을 포함하고 있어 태양전지 기술과의 융합을 통한 ‘다중 에너지 수확기술’과 굴곡진 인체 표면에 쉽게 부착해 일상생활을 하면서 전기를 생산할 수 있는 ‘웨어러블 전력 공급기술’ 등 다양한 분야에 응용이 가능하다. 또한 접촉대전 나노발전기 표면 위의 나노 크기의 구조가 일반 접촉대전 나노발전기 보다 훨씬 높은 발전 효율을 내는 데 큰 역할을 하는 것을 확인하였다.
 
나노임프린팅 기술은 나노 표면 성형에 있어 사이클 타임이 매우 짧고 대면적 구현이 용이하기 때문에 대면적 접촉대전 나노발전기의 대량생산에 매우 적합하다. 접촉대전 나노발전기의 대량생산이 가능하다는 점은 학술적인 의의뿐만 아니라, 산업적인 파급효과 또한 매우 클 것으로 예상된다. 현재 접촉대전 나노발전기 제작 관련 기술이 매우 빠르게 진화하고 있는 상황에서 대량생산과 관련된 연구는 매우 중요한 사항으로써 새로운 시장 창출에 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.

본 연구를 통해 새롭게 제작된 대면적 접촉대전 나노발전기는 얇고 투명하며, 잘 휘어질 수 있는 장점을 지니고 있어 다양한 산업 및 제품에 응용이 가능할 것으로 보인다. 특히, 최근 각광 받고 있는 웨어러블 소형 전자기기, 휘는 디스플레이 및 태양전지 등에 적용이 가능하다는 점은 본 연구 결과의 유용성을 입증한다.

* 본 보도자료는 한국연구재단에서 배포 되었습니다.

[용어설명]

1. (접촉대전) 나노발전기: 서로 다른 두 가지 물질이 접촉한 후 분리됨에 따라 발생하는 전기 에너지를 수확하는 장치