다목적 보조전원 활용 전기 나노발전 소자 개발

열악한 환경에서도 다양한 휴대용 웨어러블과 생체이식형 전자기기들의 보조전원으로 활용될 수 있는 전기 나노발전 소자가 제주대학교 연구진에 의해 개발됐다.

마찰전기 나노발전기란 두 물체가 접촉 혹은 마찰시 발생하는 대전 현상을 이용해 역학적 에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 장치다. 피에조전기 나노발전기는 결정판에 일정한 방향으로 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양전하와 음전하가 나타나는 현상을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 장치를 말한다. MOF-5는 우수한 열 및 화학적 안정성, 조정 가능한 다공성과 높은 표면적을 가지는 전자소자를 개발하는데 유용해 열악한 주위환경에 강인한 전자소자 개발을 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.

배진호 교수팀은 이러한 MOF-5 소재를 기반으로 마찰전기 나노발전 소자 및 피에조전기 나노발전 소자의 두 가지 발전 소자의 적용 가능성을 증명했다. 이 연구는 특히 MOF-5 소재를 적용해 고온 다습한 열악한 환경에서 전자기기의 안정적인 전기에너지원으로 사용 가능함을 보였다고 연구팀은 설명했다. MOF-5로 제작된 마찰전기 나노발전소자는 최대 순간 전력 3174 μW를 생산하며 MOF-5로 제작된 피에조전기 나노발전소자는 5.76 μW의 최대 순간 전력을 생산한다. 또한 온도 및 습도 변화에 따른 다양한 환경 조건에서 안정된 특성을 보여줌으로써 주위환경 변화에 강인한 나노발전소자임을 증명했다.

배 교수팀은 “이러한 연구결과로 보아 이번 나노발전소자는 제주특별자치도와 같이 고온다습한 환경 속에서도 다양한 휴대용 웨어러블 및 생체이식형 전자기기들의 보조전원으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다”고 설명했다.

이번 연구결과 논문(교신저자 배진호 교수, 메인 제1저자 샤우캇 리얀 알리 박사과정 대학원생, 공동 제1저자 사키브 카지 무하마드 박사)은  ‘Ultra-robust tribo- and piezo-electric nanogenerator based on metal organic frameworks (MOF-5) with high environmental stability’(환경에 매우 강인한 안정특성을 가지는 금속유기골격체 (MOF-5) 기반 마찰전기 및 피에조 전기 나노발전 소자 개발)  제목으로 세계 최고수준의 저널인 ‘Nano Energy(96권,(IF(Impact factor, 피인용지수) 17.881))’에 실렸다.