중앙대 연구팀, 물 이용한 고성능 나노 발전기 개발 성공
중앙대 연구팀, 물 이용한 고성능 나노 발전기 개발 성공
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▲ 왼쪽부터 중앙대 기계공학부 이상민 교수, 중앙대 대학원 기계공학과 김태훈 학생. (제공: 중앙대) ⓒ천지일보(뉴스천지)

[천지일보=이지수 기자] 국내 연구진이 물을 이용해 고성능 나노 발전기를 개발하고 이를 통한 전기 생산에 성공했다.

중앙대(총장 김창수)는 기계공학부 이상민 교수와 중앙대 대학원에 재학 중인 김태훈 학생이 발표한 논문 ‘물의 전기적 특성과 관성을 이용한 회전형 마찰대전 나노발전기의 설계 및 최적화(Design and optimization of rotating triboelectric nanogenerator by water electrification and inertia)’가 에너지 분야 세계적 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 최신호의 표지논문으로 선정됐다고 17일 밝혔다.

버려지는 에너지로 전기를 생산, 공급하는 에너지 수확(Energy Harvesting) 기술이 관련 학계의 주목을 받고 있는 가운데, 전자기적 방식을 이용한 소형 수력발전은 대형 수력발전에 비해 복잡한 제조공정, 높은 제작비용, 변환효율 저하로 실용화가 어려웠다.

이에 대한 해결방안으로 등장한 것이 마찰대전 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator)를 이용한 기술이다.

마찰대전(Contact-Electrification)을 이용한 발전방식은 재료를 쉽게 구할 수 있고, 디자인 및 제조공정이 단순하며, 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기를 생산할 수 있다는 장점에도 불구하고 접촉 물질 간 마찰로 인해 내구성이 낮다는 것이 단점으로 지적되고 있었다.

이상민 교수 연구팀은 물의 관성 및 마찰대전 현상을 이용하여 물이 있는 모든 환경에서 전기 에너지를 수확할 수 있는 장치를 개발했다.

기존의 마찰대전 나노발전기보다 내구성을 높이고, 습도 및 환경의 제약을 벗어나 회전 에너지를 저렴한 재료와 간단한 장치로 수확할 수 있다는 것이 특징이다. 또한 내부 유체 거동 및 시뮬레이션 분석을 통해 전기적 성능을 최적화했으며, 손의 움직임으로 전류를 발생시키는 휴대용 장치를 설계해 시연했다.

이상민 교수는 “이번 연구는 기존 마찰대전과 달리 마찰, 마모의 우려가 없는 물을 이용하여 간단한 장치를 통해 전력을 안정적으로 수확, 공급할 수 있다는 것을 증명함으로써 에너지 수확방식과 범위를 확장한 계기가 되었다”며 “앞으로 에너지 부족 문제를 극복하기 위한 연구를 계속 진행할 계획”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단 및 CAU GRS 지원 사업으로 진행됐으며, 국내·국제 특허로 출원됐다.

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