[스마트경제=복현명 기자] 이상민 중앙대학교 기계공학부 교수와 김동창 대학원생, 정지훈 박사 연구원이 정전소자의 전기적 방향을 바꿔 효율을 한층 높인 ‘교류/직류 변환이 가능한 막대 타입 동적 전극 정전소자’를 개발했다.
정전소자(Triboelectric Nanogenerator)는 두 물질이 마찰할 때 일어나는 서로 다른 성질을 가진 표면전하들이 일으키는 정전기 유도현상을 이용한 에너지 발생 장치다.
기존에 사용되던 정전소자는 전기적 유도현상을 이용한다는 특성 때문에 일반적으로 출력이 낮다는 한계가 존재했다. 또한 교류(AC) 출력을 형성하기에 기존 상용화된 전자제품에 적용할 때에는 직류(DC)로 변환하기 위한 정류기 회로장치를 필요로 했다. 이로 인해 전기적 손실이 발생했으며 추가 장치에 의한 부피 증가 문제로 휴대성도 떨어졌다.
이 교수 연구팀은 이러한 문제를 극복하기 위해 기계적인 움직임으로 금속링과 막대 형태의 절연체를 마찰시켰다. 이를 통해 금속 표면의 강화된 전기장으로 공기 분자를 이온화해 전자가 직접 전극으로 이동하도록 했다. 그 결과 피크 개로 전압 75V, 피크 폐회로 전류 15mA의 높은 출력을 형성하는 데 성공했다.
또한 막대 타입 정전소자에 추가 방지막 장치를 설치해 동적 전극의 움직임을 제한시킴으로써 정류기 회로 없이도 교류를 직류 출력으로 변환해 커패시터(capacitor, 축전기) 충전이 가능하다는 점도 입증해 냈다.
이 교수팀의 자세한 연구 내용은 ‘AC/DC Convertible Pillar-Type Triboelectric Nanogenerator with Output Current Amplified by the Design of the Moving Electrode’ 논문을 통해 확인 가능하다. 해당 논문은 인용 지수(Impact factor) 29.368을 기록한 국제 저명 학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 게재됐다.
이상민 중앙대 기계공학부 교수는 “교류·직류의 출력을 변환시키는 막대 타입 고출력 정전소자 연구를 통해 기존 정전소자의 한계를 극복했다. 추후 많은 응용을 통해 다양한 분야에서 사용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr
