DGIST, 자가치유·생분해 가능한 에너지 개발

이주혁 교수팀, 고성능 마찰대전 발전소자 이용

연구팀이 개발한 이온성 폴리우레탄 기반 마찰대전 발전소자. ⓒ대구경북과학기술원

대구경북과학기술원(DGIST)은 자가 치유와 생분해가 가능한 친환경 에너지 신기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

DGIST에 따르면 이주혁 에너지공학과 교수팀은 자가 치유, 생분해성 및 높은 양전 특성을 갖춘 이온성 폴리우레탄 기반 마찰대전 발전소자를 개발했다. 이 소자는 자가 치유와 생분해가 가능해 환경에 미치는 영향을 최소화하면서도, 이온성 액체를 사용하여 출력 성능을 크게 높일 수 있는 친환경 에너지 소자로 설계됐다.

최근 마찰을 통해 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 ‘마찰대전 발전소자’를 차세대 에너지원으로 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 차세대 에너지원으로서 발전소자가 활용되기 위해서는 높은 내구성과 안정적인 전력 생산이 필수적이며, 지속적인 마찰로 인한 기계적 손상을 자가 치유할 수 있어야 한다.

이주혁 교수팀은 친환경적이면서 차세대 에너지원으로 활용할 수 있도록, 폴리우레탄을 소재로 하는 마찰대전 발전소자를 개발했다.

연구팀은 이미다졸이움 이온을 활용해 자가 치유 기능과 높은 양전 특성을 부여하고, 폴리카프로락톤(PCL) 기반의 폴리우레탄을 사용해 생분해성을 갖춘 ‘이온성 폴리우레탄’을 제작하고, 이를 활용해 마찰대전 발전소자를 개발했다.

이온성 폴리우레탄은 자가 치유와 생분해가 가능함과 동시에 높은 양전 특성을 가져 전기에너지 생산에 매우 효율적이다. 따라서 차세대 소프트 전자기기의 지속 가능한 전력원으로서 자가 치유되며, 사용 후 생분해가 가능해 환경오염에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

연구팀은 새롭게 개발한 소자의 우수성 검증절차를 진행했다. 다양한 조건의 이온성 폴리우레탄 기반 소자 출력을 분석한 결과, 최고 436.8 mW/m2 의 전력 밀도를 생성하며 자가 치유 효율이 약 90%임을 확인했다. 사용 후 약 300일에 걸쳐 생분해 과정이 진행됐을 때 소자의 초기 질량 대비 약 21%만 남는 것을 확인했다.

이주혁 교수는 “이번 연구를 통해 높은 출력 성능을 유지하면서도 자가 치유 및 생분해 기능을 통합한 효율적인 소재를 개발했다”며 “차세대 웨어러블 디바이스에 지속 가능한 전력원을 제공 가능할 수 있는 혁신적인 기술로, 기술사업화 등 상용화를 위해 후속연구에 매진하겠다”고 말했다.