[에너지단열경제]차성호 기자

에너지 하베스터 구조 및 자가튜닝 원리(위)와 발전 특성 그래프(아래)./KIST 제공

KIST 송현철 전자재료연구단 박사팀이 스스로 튜닝하며 진동 에너지를 흡수·발전하는 '자동 공진 튜닝 에너지 하베스터'를 개발했다.
에너지 하베스팅은 진동이나 열과 같이 우리 주변에 버려지는 에너지들을 수확해 자가 발전하는 기술로 사물인터넷 등 작은 전자기기에서 배터리 대신 독립전원으로 유용하게 활용 되고 있다.
에너지 하베스트는 자동차나 기차, 산업현장에서 발생하는 진동에너지를 활용할 수 있다.
다만 작은 진동으로부터 최대한의 전기에너지를 생산해 저장하는 것이 큰 숙제다.
고음의 음악소리에 유리잔이 깨지거나, 산들바람에도 큰 다리를 무너지게 하는 공진현상을 활용해야 한다.
하지만 우리 주변 진동들은 넓은 범위의 진동수를 가져 환경에 맞춰 고유 진동수를 튜닝시켜야하는 번거로움이 있었다.
즉, 튜닝용 모터와 콘트롤러를 구동하기 위한 에너지 소모가 커 발전 효율이 크게 떨어진다. 

자동 공진 튜닝 에너지 하베스터./KIST 제공

연구진은 추를 사용해 전기장치 없이 주변 진동수에 스스로 튜닝되는 에너지 하베스터를 개발했다.
내부에 추를 부착해 주변 진동을 감지하면 스스로 다른 위치로 이동하고 외부 진동과 같은 진동수를 갖게 돼 다양한 진동과 공진할 수 있다.
기존 하나의 고유진동수를 가지는 소자보다 공진할 수 있는 주파수 대역을 1400% 이상 향상시키는 결과를 얻었다. 

송현철 박사./KIST 제공

송현철 박사는"간단한 구조를 가지며 추가적인 에너지 소모 없이 자가 튜닝을 최초로 구현해 에너지 하베스터를 우리 실생활에 적용하는 시기를 크게 앞당겨 줄 것으로 예상된다"며 "향후 4차 산업혁명의 핵심기술 중 하나인 사물인터넷을 비롯해 무선 센서 네트워크나 웨어러블 전자기기의 자율독립전원으로써 자가 튜닝 에너지 하베스터가 핵심적 역할을 수행할 수 있을 것"이라고 기대했다.
이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 'Nano Energy’의 최신 호에 게재됐다.

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