플라스틱으로 구현한 직류 나노발전기…충전 없는 센서·로봇 만들어 작성일 11-03 51 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="GO8AiYoMi0"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3e5e04ddea619da1ad663d9e80a34ea53d9f03c3deddf09b79d858468965e326" dmcf-pid="HI6cnGgRd3" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수팀이 개발한 이온성 직류 마찰전기 나노발전기 모식도(a)와 가소체 첨가율에 따른 전기 발전 형태 변화. 이주혁 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/03/dongascience/20251103133944997kkbj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="WQNTsqCEJU" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/03/dongascience/20251103133944997kkbj.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수팀이 개발한 이온성 직류 마찰전기 나노발전기 모식도(a)와 가소체 첨가율에 따른 전기 발전 형태 변화. 이주혁 교수 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="19c60909fc613d0679742a14268e26bf5fcab7f6a162354d09a2024c4ac2ff23" dmcf-pid="X0kGh9vmMF" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 배터리 교체나 충전 없이도 센서와 로봇을 구동할 수 있는 플라스틱 소재 나노발전기를 개발했다. 다양한 움직임으로 안정적인 직류 전력을 공급할 수 있고 재료가 저렴해 가격 경쟁력도 있다.</p> <p contents-hash="4bf000eda45aa4897fec90d8c8ad23bbf34ad134de7cdce7562aea540d6934ea" dmcf-pid="ZpEHl2Tset" dmcf-ptype="general"> 한국연구재단은 이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수팀이 범용 플라스틱인 폴리염화비닐(PVC) 소재로 '이온성 직류 마찰전기 나노발전기(iDC-TENG)'를 개발했다고 3일 밝혔다. 연구결과는 10월 29일(현지시간) 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개됐다.</p> <p contents-hash="7904a6e2cc857d79b21518c56e1b699383eed6a3f52608446d188813a659833c" dmcf-pid="5UDXSVyOM1" dmcf-ptype="general"> 사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기, 스마트 물류 센서 등은 소량이지만 구동에 필요한 전력 공급이 필요하다. 개별로 배터리 교체와 충전을 해야 한다는 점이 큰 부담으로 작용한다. 기계적 움직임으로 발생하는 마찰전기를 활용하면 필요한 전력을 직접 생산할 수 있지만 교류(AC) 전력만 생산하기 때문에 활용 가능한 직류(DC)로 변환하기 위한 정류회로가 필요하다.</p> <p contents-hash="88e5fcd62a0d91a0e73403bd1182aa0252c0fe4189649a9a4411cd4da0d46d18" dmcf-pid="1uwZvfWId5" dmcf-ptype="general"> 설계에 정류회로를 포함하는 과정에서 에너지 손실과 구조적 복잡성이 증가한다. 반도체 소재 등 다양한 대안이 제시됐지만 비용이나 효율, 활용성 측면에서 산업 현장에 널리 적용되기 어려웠다.</p> <p contents-hash="24ae7cd9995e91aec69c9a576fb5e03b8ee3dcd24055cfc2ed31db2a8ad2a40f" dmcf-pid="t7r5T4YCJZ" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 PVC에 유연성과 가공성을 높이는 가소제를 첨가해 특성을 조절하고 별도의 정류회로 없이도 직접 직류 전력을 생산할 수 있는 iDC-TENG를 구현했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b0fbcbd89f9e511e45e8c670273e99ff4931c96a9406f1eed5f7f0f848a4931a" dmcf-pid="Fzm1y8GhnX" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구팀이 개발한 직류 발전 메커니즘 모식도(c) 및 이온성 직류마찰전기 나노발전기를 이용한 LED 점등 실험(d). 이주혁 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/03/dongascience/20251103133946255ovtl.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="YDgSr7Ocnp" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/03/dongascience/20251103133946255ovtl.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구팀이 개발한 직류 발전 메커니즘 모식도(c) 및 이온성 직류마찰전기 나노발전기를 이용한 LED 점등 실험(d). 이주혁 교수 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="ceaa6e0bed8a76472d59452607854d7dea25e15ab7d4b25bebeb2241fa832881" dmcf-pid="3qstW6HliH" dmcf-ptype="general">iDC-TENG는 마찰로 생긴 전하가 확산하고 전극 표면에 이온이 쌓이면서 내부에 전기장이 만들어지는 '전극 분극' 현상으로 전력을 생산한다. 접촉-분리(contact-separation), 미끄러짐(sliding), 회전(rotary) 등 다양한 움직임에서 안정적으로 전력을 공급할 수 있다는 평가다.</p> <p contents-hash="d919040c66853da8329c83a07403c009b251094a723e45963aa3aae275598b79" dmcf-pid="0BOFYPXSeG" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 전극의 성질 차이가 출력 크기에 큰 영향을 미친다는 사실도 확인했다. 소자는 수십~수백 제곱미터당 밀리와트(㎽/㎡, 전력 밀도의 단위) 수준의 높은 출력을 안정적으로 발생시켰다. 테스트 결과 축전기 충전, 발광다이오드(LED) 250개를 켜는 데 성공하며 실제 응용 가능성이 확인됐다.</p> <p contents-hash="68b57a7e0d33a4e482d95644b94d65b0f5e9db7f26f5b9e56cd8f46bc0f6b9d3" dmcf-pid="pbI3GQZvnY" dmcf-ptype="general"> 개발된 직류 나노발전기는 10만회 이상의 반복 구동에도 출력 성능 저하가 거의 없어 내구성이 튼튼하고 단순한 적층 구조로 구현돼 대면적화·저비용화가 용이하다.</p> <p contents-hash="1e861bc120a2b476cf1e200690e349bb1a383db221480645b024b5e178e407e5" dmcf-pid="UKC0Hx5TdW" dmcf-ptype="general"> 연구팀의 발견은 우연에서 시작됐다. 이 교수는 "초기에는 PVC를 활용한 교류 마찰전기 소자 개발 연구를 진행하고 있었는데 소자 구조를 일부 변경해 실험하던 중 예상치 못하게 직류 전력 발생 특성이 나타났다"고 설명했다. 이후 원리를 규명하며 직류 나노발전기 개발로 이어진 것이다.</p> <p contents-hash="18bdb001fc701c41ba1503c949419058f61126ccf443b3497b14c86caa0f0c5f" dmcf-pid="u9hpXM1yiy" dmcf-ptype="general"> 이 교수는 "값싼 플라스틱 소재를 활용해 직류 전력을 직접 생산하는 세계 최초의 원리를 제시했다는 점에서 학문적·산업적 의미가 크다"며 "물류창고·운송 로봇·위치추적 센서 등에서 배터리 교체 부담을 줄이고 장기간 자율 구동을 가능케 해 지속가능한 에너지 자립형 스마트 물류 인프라 구축에 기여할 수 있다"고 밝혔다.</p> <p contents-hash="9fb73fa8c571a1d63063bf88ee0709ec20705886a7945fcfe8e23f3b71688c7c" dmcf-pid="72lUZRtWMT" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 후속 연구에서 환경 내구성 강화해 대면적·직접화 제작 공정을 개발하고 장시간 안정성을 확보할 계획이다.</p> <p contents-hash="19e4663b392fdb4c0417a1d26de02c25f329124ebb60e5895aed4c57d85d57c0" dmcf-pid="zVSu5eFYLv" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> - doi.org/10.1038/s41467-025-64582-w</p> <p contents-hash="e20777700dba62506151d983697d1cd6793e4a37456186e123437e70a228ae3c" dmcf-pid="qqstW6HlnS" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 임시완, 더블랙레이블과 전속계약..로제·박보검과 한솥밥 [공식] 11-03 다음 업무효율화를 위한 기업의 노션 활용 전략 5가지 11-03 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
