부경대학교 재료공학과 황건태 교수 연구팀이 한국재료연구원 윤운하 박사팀, KAIST 이건재 교수팀, 영남대학교 류정호 교수팀, 금오공과대학교 박정환 교수팀과 함께 스스로 전기 에너지를 생산하고 저장까지 가능한 신개념 에너지 하베스팅 & 스토리지 일체형 소자를 개발했다.
사람 근육의 작은 움직임으로 전기 에너지 생산이 가능하고 효과적으로 저장할 수 있는 자가충전형 에너지 저장 시스템이다.
연구팀은 강유전 세라믹인 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3(PMN-PT)의 결정립을 나노미터(nm) 크기로 만들었다.
이를 통해 에너지 저장효율을 높이면서 저장된 에너지의 방출이 수백 나노초의 매우 짧은 시간 내 이뤄질 수 있게 하는데 성공했다.
이번 시스템은 기존의 배터리와 비교해 월등히 높은 에너지 출력밀도를 달성함에 따라 순간적으로 큰 에너지가 필요한 생체이식형 심장 제세동기 등에도 응용될 수 있을 것으로 보인다.
현재 스마트 워치 등 웨어러블 기기는 신체부착·생체이식형 기술로 연구되고 있다.
이번 기술을 활용하면 심박수 등 기본적인 건강상태를 실시간으로 관찰하는 스마트 헬스케어가 가능해질 전망이다.
자가충전형 에너지 저장 시스템은 얇고 쉽게 휘어지는 특성이 있어 웨어러블 기기에 적용하기도 용이하기 때문이다.
또 스스로 전기 에너지를 생산하고 저장할 수 있어 기존의 배터리를 대체 또는 보조할 수 있게 될 것으로 예상된다.
현재는 웨어러블 기기의 전원공급을 위해 널리 사용되는 배터리의 용량 문제로 반복적인 충전이나 교체가 필요한 한계가 있다.
이번 연구는 세계적 에너지 관련 학술지 ‘ACS Energy Letters’에 최근 게재됐다.
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