이성원 DGIST 화학물리학과 교수팀, 눈 깜빡임으로 전기 생성 성공

초박막 고효율 압전소자 개발…인체친화적 물질 사용, 소자 두께 최소화

왼쪽부터 DGIST 화학물리학과 이성원 교수, 배지훈 석박사통합과정생, 로봇 및 기계전자공학과 장경인 교수. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST) 화학물리학과 이성원 교수 연구팀은 생체친화적 물질을 사용, 소자 두께를 최소화해 눈 깜빡임 등 인체의 작은 움직임에서 효율적으로 전기 에너지를 얻는 데 성공했다.

원격 의료 시스템의 필요성이 증가하면서 전자피부형 센서에 장시간 지속적으로 에너지를 공급할 새로운 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만 현재 제작되고 있는 압전 에너지 발전 소자는 성능의 극대화를 위해 몸에 유해한 물질인 PZT 등을 사용하고 있기에 실제 인체에 적용하기 위해서는 보호막을 이용해야 하므로 소자의 총 두께가 증가하게 된다.

소자가 두꺼우면 작은 인체의 움직임에 의해 변형되기 어려우며, 피부에서 분리되는 등 효율적인 에너지 수확이 불가능하다.

이에 이성원 교수팀은 약 4 마이크로미터의 초박막 형태로 압전 발전 소자를 제작, 착용자가 불편함을 거의 느끼지 않으면서 높은 에너지 효율로 전기 에너지를 수확하는 데 성공했다.

개발한 에너지 발전소자는 접히거나 곡선의 표면에서도 일정한 성능을 보이며, 약 1만 번 이상의 변형에도 성능 저하 없이 에너지를 얻을 수 있다.

이성원 교수는 "인체의 작은 움직임에서 발생되는 에너지로 장시간 생체 신호를 측정하는 센서에 전원을 공급할 수 있는 신개념 에너지 소자로 무겁고 단단한 배터리를 대체할 가능성을 보여주는 잠재력이 매우 큰 연구"라고 말했다.

이번 연구는 선도연구센터의 지원을 받아 에너지 분야 저명한 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 4월 5일 온라인 게재됐다.