[글로벌대학팀 김선영 기자]

동국대학교 물리학과 정권범 교수와 테크레브라한 교수 연구팀은 명지대학교 기계시스템공학부 박용태 교수와 협력하여 형상 적응형 에너지 수확 및 촉각 감지 센서 기술을 새롭게 개발했다고 밝혔다.

이 연구는 고온에서도 안정적인 액체 전해질 기반 마찰대전 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator, 이하 TENG) 기술을 중심으로 진행되었으며, 주목을 받고 있다.

최근 IoT 기기들이 개인 건강 정보 측정 등 다양한 용도로 주목받고 있지만, 배터리의 무게와 자주 교체해야 하는 번거로움이 큰 제약으로 작용하고 있다. 이에 따라 외부 전원 없이 독립적으로 작동할 수 있는 웨어러블 기기 개발에 대한 관심이 커지고 있다.

연구팀은 “TENG는 간단한 생산 공정, 가벼운 구조, 저렴한 가격 등으로 유망한 에너지 변환 장치로 주목받고 있다”며, “부드럽고 유연하며, 변형 가능하고, 고온에서도 안정적인 액체 기반 TENG 개발을 목표로 했다”고 설명했다. 액체 기반 TENG는 액체 전극을 유연한 마찰 전기층 외피로 감싼 구조로, 신축성과 투명성 등의 장점을 지닌다. 또한, 물리적 공기 간극이 없어 피부에 장착하는 전자 장치와 원활하게 통합될 수 있다. 이는 손가락, 팔꿈치, 손목, 무릎 등 다양한 신체 부위에서 에너지를 수확할 수 있음을 뜻한다.

기존의 액체 기반 TENG는 액체 금속을 사용할 경우 투명성 부족, 복잡한 합성 과정, 고온에서의 증발과 기능 저하 등의 문제가 있었다. 이에 연구팀은 저비용 전해질인 폴리에틸렌이민과 생분해성 용매인 choline chloride/glycerol 심층 공융 용매를 액체 전극으로 사용했다. 연구에 따르면, 이 방식은 100°C에서 24시간 동안 안정적인 출력 성능을 유지했으며, 연구팀은 “액체 전극의 낮은 증기압과 열 안정성이 이 성과를 가능하게 했다”고 덧붙였다.

또한, 연구팀은 액체 기반 TENG를 활용하여 접촉 지점을 감지하는 자가 구동식 4x4 어레이 촉각 센서를 개발했다. 이 센서는 기존에 감지할 수 없었던 압력까지 감지할 수 있으며, TENG 연구와 소프트 전자 센서 발전에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 사업의 지원을 받아 진행되었으며, 연구 결과는 4월 22일 최첨단 나노기술 학술지「Small」에 온라인 게재됐다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr