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물 몇 방울로 전기를 만든다

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물 몇 방울로 전기를 만든다

2019.12.16 11:27
대기 중 수분을 흡착하는 물질을 적용해 자연의 수분 순환 과정을 모사한 발전기 개념. KAIST 제공.
대기 중 수분을 흡착하는 물질을 적용해 자연의 수분 순환 과정을 모사한 발전기 개념. KAIST 제공.

물 몇 방울만으로 전기에너지를 생성할 수 있는 친환경 발전기가 개발됐다. 

 

김일두 KAIST 신소재공학과 교수 연구팀이 0.15ml에 불과한 소량의 물이나 대기 중 수분을 자발적으로 흡수하는 물질을 활용해 전기를 생산하는 방법을 개발했다고 16일 밝혔다. 

 

연구팀은 전도성 탄소 나노 입자가 코팅된 면 섬유 표면에 소량의 물을 떨어뜨리면 젖은 영역과 마른 영역으로 나뉘면서 소량의 전기에너지가 발생한다는 사실을 발견했다. 물이 완전히 증발하기 전까지 수소 이온이 천천히 이동하며 약 1시간 동안 발전이 가능했다. 

 

연구팀은 전도성 탄소 나노 입자 코팅 면 섬유에 있던 물이 완전히 증발하면 전기에너지 생성이 멈춘다는 사실도 알아냈다. 지속적으로 전기에너지를 생성하려면 주기적으로 물을 떨어뜨려야 했다. 

 

연구팀은 발전 시간을 늘리기 위해 대기 중 물을 스스로 흡수한 후 천천히 방출하는 조해성 물질 중 하나인 염화칼슘에 주목했다. 탄소 입자가 코팅된 면 섬유의 한쪽 면에 염화칼슘을 묻혔더니 습도 20% 이상 환경에서 자발적으로 수분이 흡착돼 전기에너지 생성이 지속됐다. 

 

연구팀은 이렇게 만든 발전기 6개를 직렬로 연결해 4.2V의 전압을 생성했고 20메가와트(mW)의 LED 전구를 켜는 데 성공했다. 

 

김일두 교수는 “태양광, 풍력 등 친환경 에너지는 외부 환경 요소에 제약을 많이 받지만 이번에 개발한 기술은 20~80% 습도 환경일 때 외부에서 물을 공급하지 않아도 전기를 만들어낼 수 있다”며 “사물인터넷용 전력 공급원이나 웨어러블 기기, 2차전지 충전 등 다양한 용도로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 

 

삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 나노과학 분야 국제학술지 ‘ACS나노’ 11월 26일자와 환경 분야 학술지 ‘에너지 및 환경과학’ 12월호에 게재됐다. 

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