차세대 친환경 에너지 실용화 단축 기술 개발

에너지 효율을 크게 높인 압전 에너지 발전소자가 국내 연구진에 의해 구현돼 차세대 친환경 에너지 개발에 한걸음 다가서게 되었다.

27일 교육과학기술부는 성균관대 김상우 교수가 주도하고 이근영 박사과정생(제1저자), 최덕현 교수(경희대, 공동교신저자), 종린 왕 교수(미국 조지아텍)가 참여한 압전 에너지 발전소자 연구가 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘나노레터'지 온라인 속보(3월 16일자)에 게재됐다고 밝혔다.

이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업(NCRC)과 미공군협력사업의 지원으로 수행됐다.

압전 에너지 발전소자는 초음파, 미세진동, 혈류, 바람, 조류, 신체 움직임 등 주변 환경에 존재하는 기계적 에너지를 압전효과를 이용해 전기에너지로 변환시킨다. 김 교수팀은 ‘유․무기물 하이브리드 구조’를 이용해 효율이 높은 압전 에너지 발전소자를 만드는데 성공하고 구동 메커니즘을 명쾌하게 규명했다.

현재 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 무기물 압전 반도체 물질을 기반으로 한 압전 에너지 발전소자는 물질 내부에 존재하는 자유전자로 인해 압전 효율이 높지 못한 것으로 알려져 있다.

김 교수팀은 무기물 압전 반도체 내부에 존재하는 자유전자를 효과적으로 제거해 고효율의 압전 에너지 발전소자를 구현했다.

유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자는 무기물 압전 반도체만을 이용한 압전 에너지 발전소자보다 에너지 변환효율이 36배 이상 대폭 증가됐다.

이 결과를 바탕으로 연구팀은 배터리와 같이 외부의 전력공급원 없이 유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자만으로 적색, 녹색, 청색 발광다이오드(LED)를 구현하는데 성공했다. 차세대 에너지 기술 분야에서 획기적인 발전을 이룬 것으로 평가받고 있다.

김 교수는 “연구성과는 차세대 친환경 에너지 소자인 압전 에너지 발전소자의 실용화시기를 크게 앞당겨 국내·외 에너지 시장에 큰 파급효과가 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.