[더테크 뉴스] 한양대 기계공학과 최준명 교수팀과 한국생산기술연구원(이하 생기원) 김시형 박사팀이 바람·파도·해류 등에서 발생하는 1Hz 이하의 진동에서 전기에너지를 생산하는 에너지 하베스터 개발에 성공했다. 

개발된 에너지 하베스터는 실험실 조건 기준 현재까지 발표된 수전해기반 에너지 하베스터 중 세계 최고의 성능(1.6~10.45mW/㎤)을 보이며, 바닷물 안에서도 장기간 자가발전이 가능함을 증명했다. 

해당 기술의 핵심은 코일형 탄소나노튜브 원사의 치밀한 구조적 설계와 독특한 제작 방법에 있다. 공동 연구팀은 탄소나노튜브 원사를 길이 방향으로 균일하게 배열한 뒤에 꼬아나가는 새로운 ‘L-twist’ 공정을 개발했다.

해당 공정으로 만들어진 L-코일 원사는 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 데 특화된 구조로, 기존 학계에서 발표된 동일계열 소재보다 4배 향상된 에너지 생산밀도와 2배 높은 에너지 변환 효율을 가졌다. 

특히 L-코일 원사로 제작된 에너지 하베스터는 0.1Hz~1Hz 사이의 기계적 변동속도에 대해 1.6~10.45mW/㎤의 전기를 출력했고, 이는 전기뱀장어 20마리가 낼 수 있는 전기출력과 유사하다. 내부식성도 좋아 바닷물에서도 오랫동안 안정적으로 전기에너지를 생산할 수 있다는 장점을 가졌다.

한양대 최준명 교수는 “이번 연구의 의의는 해양 내 감시진단 모니터링을 반영구적으로 가능하게 하는 동력원의 초석이 마련했다는 점에 있다”고 말했다.  

생기원 김시형 박사는 “이번에 개발된 L-코일 원사는 기계적, 화학적 안정성이 뛰어나 해양뿐만 아니라 대기 중에서도 활용가능하기에 지구상 대부분의 환경에서 활용할 수 있다”며 다양한 운용처를 제시했다. 

이번 연구결과는 재료과학 분야 세계적 학술지 ‘Advanced Science’(IF=17.521) 9월 18일 게재됐다.