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설거지만 했을 뿐인데, 휴대전화 충전이 완료? 목록

조회 : 1148 | 2012-12-12

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김연상 교수팀이 개발한 패치형 압전 에너지수확소자.
  사진출처: 서울대 김연상 교수팀.
 
주부 강미래 씨는 전쟁 같은 아침 식사 시간을 끝내고 설거지 준비 중이다. 여기까지는 일상적으로 볼 수 있는 가정의 아침 일상과 크게 다르지 않다. 강씨가 설거지 전에 손목에 파스처럼 생긴 얇은 패치를 붙인다는 것 빼고는 말이다.

강씨가 붙인 패치 안에는 손목을 움직일 때마다 전기를 만드는 압전소자가 붙어있다. 1시간 가량의 설거지와 청소 같은 집안일을 마치고 나면 휴대전화 하나는 거뜬히 충전시킬 수 있는 전기를 만들어 낼 수 있다. 집안일을 하면서 전기세도 아낄 수 있는 일석이조의 기술이다.

그저 움직이기만 했는데 전기를 만들어 낸다는 것은, 공상과학(SF) 소설이나 영화에서나 가능할 것처럼 보이지만 조만간 실현될 수 있을 것으로 보인다. 국내 연구진이 ‘인체 발전소’를 실현하는 데 꼭 필요한 패치형 압전 에너지 수확 소자를 개발했기 때문. 압전소자란 반복적인 진동이나 인체의 움직임을 전기에너지로 전환하거나 반대로 전기에너지를 기계적 움직임으로 전환케 하는 장치다.

 

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잘 휘어지는 패치형 압전소자를 개발한 김연상 서울대 교수(왼쪽)와 김상우 성균관대 교수.
 

서울대 융합과학기술대학원 김연상 교수와 정성윤 박사과정 학생, 성균관대 김상우 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 강종윤 박사 공동 연구진은 주변에 존재하는 진동이나 반복적인 인체활동으로부터 발생하는 소모적인 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 자가 발전체를 개발했다고 27일 밝혔다.

연구진은 용액형 무기물 압전반도체를 이용해 반복적으로 감거나 휘는 환경에서 안정적인 압전 특성을 나타내는 패치형 압전 에너지수확소자를 개발했다.

기존에 선보인 압전물질은 스퍼터링이나 진공증착시스템 같은 대형장비를 이용하는 고온공정을 거쳐야 하고 인체에 유해한 중금속을 사용한다는 단점이 있다. 그렇지만 이번에 개발한 압전 박막은 저온에서 열처리해 만들 수 있기 때문에 기존보다 적은 비용으로 안전하고 수월하게 제작이 가능하다.

기존의 압전물질은 휘거나 비틀면 결정이 깨지기 때문에 두드리거나 누르는 것 밖에 못했는데, 연구진이 이번에 개발한 물질은 팔꿈치를 움직이는 등의 휘거나 비트는 힘에도 결정에 변화가 없어 옷은 물론 무릎이나 팔꿈치에도 붙일 수 있기 때문에 관절의 움직임만으로도 전기를 만들 수 있다.

연구진에 따르면 현재까지는 만들어 내는 전기가 약해서 배터리를 충전한다거나 불을 켜는 등의 후속 작업을 할 수 없지만, 축전기를 사용해 전기를 모으면 작은 LED 정도는 켤 수 있다.

김연상 교수는 “유연 배터리와 같은 에너지 저장 소자와 결합한다면 배터리 교환이나 충전이 필요 없는 반영구적 전기에너지 발생 구현이 가능하다”며 “인공심박조율기와 같은 전원이 필요한 신체 삽입형 의료 기기의 전원으로도 쓸 수 있다”고 설명했다.

이번 연구결과는 재료분야 권위지 ‘어드밴스드 머트리얼즈’ 27일자에 실렸다.

김윤미 기자 ymkim@donga.com

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