국내 연구진이 압전체*와 초고용량 축전지**를 접목해 외부의 전원 없이 기계적인 움직임만을 활용하여 에너지를 스스로 발전하고 동시에 저장하는 신기능의 일체형 축전지를 개발하였다.
ㅇ 제주대 김상재 교수(교신저자)와 미국 조지아텍 왕종린 교수와 이승우 교수, 삼성정밀화학 김영수 박사가 공동으로 참여하고, 박사과정생인 아난다 구말라마도스와 발라스브라 마니암구말이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구자지원)으로 수행되었고, 재료분야 권위학술지인 ACS Nano 온라인판에 3월 26일자 게재되었다.
(논문명 : Piezoelectric Driven Self-Charging Supercapacitor Power Cell)
□ 지금까지의 축전지는 전기의 발전과 저장을 위하여 서로 다른 적용기술과 물리적으로 분리된 장치로 이루어져 있었고, 외부전원에 의한 전기의 공급이 반드시 필요하였다. 연구진은 초고용량 축전지의 양극과 음극사이에 압전성을 가지는 격리막* 을 설치하여, 압전에 의한 자체발전과 동시에 에너지저장이 가능한 전력소자를 개발하여, 외부의 전력공급 없이도 반영구적인 사용이 가능한 그린에너지원을 확보하였다는 점에서 의미가 매우 크다.
* 격리막 (separator) : 축전지의 양극과 음극 사이에 넣는 분리판. 두 전극이 접촉하는 것을 막고, 전류는 통하지만 불순물이 두 전극을 차단하는 것을 방지함
ㅇ 동 성과를 응용하면 기존에 에너지 발전과 저장이 분리된 장치들을 일체화하여 경량화, 소형화 할 수 있을 뿐 아니라 기계적인 외력, 바람이나 조력과 같은 자연적인 움직임에도 자체발전과 동시에 축전이 가능하다. 연구진은 동 자체축전전력소자에 간단한 손바닥 충격만으로도 300초간에 110 밀리볼트(mV)를 축전하여 LED를 밝히는데 성공하였다.
ㅇ 외부발전기를 별도로 설치하지 않는 작은 크기와 자유자재로 구부릴 수 있는 특성 등 사물인터넷(IoT) 시대 소비자의 다양한 요구에 맞춰 새로운 디자인과 기능을 실현시켜 줄 수 있어, 웨어러블 기기 등 新시장 창출로 정부의 창조경제 구현에도 일조할 수 있을 것으로 기대한다.
□ 김상재 교수는 “본 연구에서 시연한 자체축전전력소자는 별도의 전력발생장치가 없는 고립된 공간에서도 기계 혹은 자연의 작은 힘으로도 전기를 생산 및 저장이 가능한 특성”이 있어, “얇고 경량의 유연하고 웨어러블한 차세대 휴대용 스마트전자기기 뿐만 아니라, 플랫폼을 설치하여 외부전력의 공급이 어려운 재난·재해 발생 지역, 도서산간 지역의 소규모 그린전력원으로 활용이 가능하다.”고 연구의의를 밝혔다.