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동국대 최창순 교수 연구팀, 표면 주름 구조를 응용한 섬유형 에너지 하베스터 개발

등록일 2022.11.02. 작성자 관리자 조회 1013

표면적의 변화를 통해 전기에너지를 생성할 수 있는 새로운 원리의 에너지 하베스터 개발 ….
장기의 움직임을 측정할 수 있는 생체 삽입형 센서로 탁월한 가성능 보여
나노 분야 저명 국제 학술지인 ‘Nano Letters’ 최신판 온라인 게재

동국대 융합에너지신소재공학과 최창순 교수(교신저자) 및 심현준 교수(제1저자)가 이끄는 연구팀은 유연하고 신축성이 뛰어나며 길이 방향으로 잡아당겨 졌을 때 스스로 전기에너지를 생성해 내는 섬유형 에너지 하베스터 장치를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

<왼쪽부터 융합에너지신소재공학과 최창순 교수, 심현준 교수>

에너지 하베스터란 자연 또는 우리 생활에서 버려지는 마찰, 태양빛, 열 등 다양한 에너지를 전기에너지를 변환해 주는 장치를 말한다. 특히, 이러한 장치를 섬유형태로 만들 수 있다면 의복과 같은 직물로 직조하여 인체의 움직임을 통해 전기에너지를 생산 및 인체 움직임을 측정하는 센서로 사용할 수 있어, 최근 웨어러블 연구분야에서 큰 각광을 받고 있다. 하지만 기존에 보고된 하베스터의 경우 단단하고 딱딱하여 늘어나지 않고, 부피/무게가 커서 실제 웨어러블 기기로 응용하기에 제약이 존재했었다. 이를 해결하기 위해, 최창순 교수 연구팀은 섬유 표면에 마이크로 크기의 주름을 가지는 탄소나노튜브시트 코팅 방법을 설계하였다. 이렇게 개발된 주름구조 섬유 전극은 표면의 주름이 펴지는 원리를 이용하여 높은 신축성과 전도성을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 전해질 속에서 반복적으로 잡아당기면서 발생하는 표면적의 변화를 활용하여 전기에너지를 생산할 수 있음을 최초로 발견하였다. 특히 기계적 특성이 기존 하베스터 대비 280배나 부드러워 위나 방광 등의 장기의 부피 변화를 주변 조직의 손상없이 성공적으로 측정할 수 있는 가능성을 보여주는데 성공하였다.

최창순 교수는 “이번 연구는 탄소나노튜브 시트의 주름 구조를 이용하여 유연하고 신축성이 뛰어난 새로운 원리의 에너지 하베스터를 구현한 것에 의미가 있다”며 “새롭게 개발한 전극 구조는 높은 표면적을 가지는 1차원 구조체이기 때문에 다른 종류의 에너지 하베스터나 연료전지, 슈퍼커패시터 등 다양한 전기화학장치에 활용될 수 있을 것” 이라고 기대감을 나타냈다.

해당 연구결과는 <Micro-buckled mechano-electrochemical harvesting fiber for self-powered organ motion sensors>라는 제목으로 재료 분야 저명 국제 학술지 「Nano Letters (IF=11.189)」 22년 11월 온라인에 게재됐다.

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