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피부에 붙였더니 전기가 나오네?!

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피부에 붙였더니 전기가 나오네?!

2014.04.07 18:00
조병진 교수 - KAIST 제공
조병진 교수 - KAIST 제공

  국내 연구진이 입을 수 있는(웨어러블) 전자기기의 한계점으로 지적돼 온 짧은 배터리 수명을 극복할 수 있는 전원발생 소자를 개발했다.

 

  조병진 KAIST 전기 및 전자공학과 교수팀은 열에너지를 전기에너지로 전환하는 열전소자를 팔에 감을 수 있을 만큼 유연하게 만드는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

 

  체열을 전기에너지로 전환하는 열전소자는 그동안 웨어러블 전자기기에 적합한 전원발생 소자로 기대를 모았다. 그러나 소자와 함께 쓰이는 세라믹 기판이 무겁고 단단해 휘어지지 않을 뿐 아니라 열 손실도 많아 상용화에 어려움을 겪어왔다.

 

  연구팀은 열전소자 위아래를 세라믹 기판으로 감싼 뒤 두 기판의 온도를 서로 달리해 전기를 생산하던 기존 방식 대신 ‘유리섬유’ 위에 열전물질을 프린팅하는 방식을 택해 이 문제를 해결했다. 열전물질을 파우더 형태로 잘게 부순 뒤 이를 특수 용매와 섞어 유리섬유 위에 프린팅함으로써 유연성을 띤 열전소자를 새롭게 만들어낸 것.

 

  이렇게 하면 소자 모양을 자유자재로 바꿀 수 있고, 열 손실도 줄어들어 세라믹 기판을 사용한 기존 소자보다 14배 가량 더 많은 전력을 생산할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀이 이 소자를 가로 세로 각각 10cm 크기로 잘라 실험한 결과, 외부 기온이 20도로 체온과 17도 정도 차이가 나는 상황에서 약 40밀리와트(mW·1000분의 1W)의 전력이 생산돼 대부분의 반도체 칩을 다 구동시킬 수 있는 것으로 확인됐다.

 

  특히 의류형태 등으로 면적을 넓혀 가공할 수도 있기 때문에 스마트폰처럼 전력이 많이 필요한 전자기기에도 적용할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다. 실제로 이 소자를 의류 상의와 비슷한 면적(50cm x 100cm)으로 제작해 실험해 본 결과, 약 2W의 전력이 생산돼 통화를 할 수 있는 수준인 것으로 나타났다.

 

밴드 타입으로 제작된 유리섬유 기반 열전소자를 인체에 적용하면 전기에너지가 생성된다. - KAIST 제공
밴드 타입으로 제작된 유리섬유 기반 열전소자를 인체에 적용하면 전기에너지가 생성된다. - KAIST 제공

  그러나 아직까지는 현실적으로 스마트 와치나 생체신호 기기와 같은 소형 전자기기에만 활용될 수 있어 실제 많은 사람들이 필요로 하는 스마트폰 배터리 대체까지는 더 많은 시간이 소요될 것으로 보인다. 전력 생산을 늘리려면 면적도 늘려야 하는데 마냥 늘릴 수 없기 때문이다. 결국 소자의 면적 단위당 성능을 더 끌어올려야 한다는 의미다.

 

  조 교수는 “현재 소자 성능을 개선하는 연구에 집중하고 있으며 2~3년 안에 상용화가 가능할 것”이라며 “웨어러블 전자기기뿐 아니라 자동차, 항공기, 선박 등 폐열이 발생하는 다양한 분야에도 적용 가능하다”고 말했다.

 

  이 연구결과는 지난달 14일 에너지 환경분야 국제학술지 ‘에너지 환경 과학(Energy & Environmental Science)’ 온라인 속보로 게재됐다.

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