[한국기술뉴스] 경희대학교 전자공학과 김대원 교수 연구팀은 날씨에 제약과 같은 외부 환경 조건과 관계없이 어떠한 상황에서도 에너지 하베스팅을 가능하게 할 수 있는 에너지 발전 소자를 개발했다. 개발된 기술은 경희대학교 산학협력단을 통해 2018년 8월 21일 특허를 출원(출원번호 제1020180097242호)했다. 특허 명칭은 '태양광, 바람, 빗물에서 에너지를 수확하는 발전기’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

최근 화석 연료의 고갈 심화와 환경 오염 문제로 인해 전 세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고 물이나 바람, 태양광과 같은 친환경 재생에너지를 이용하기 위한 연구가 한창입니다. 이 중 일상에서 버리거나 쓰지 않은 에너지를 거둬 사용 가능한 전기에너지로 바꿔주는 에너지 하베스팅 기술이 각광받고 있습니다. 에너지 하베스팅의 대표적인 기술로 태양광이 있습니다. 태양광의 경우 햇빛이 닿는 곳이면 어디든 간단하게 설치할 수 있고 다른 에너지 생산 방식보다 소음과 진동이 적다는 장점이 있어 태양광을 이용한 에너지 생산을  늘려가는 추세입니다. 하지만 태양광 발전은 날씨의 영향을 많이 받아 흐린 날에는 에너지 생산 효율이 상당히 떨어지고 태양광의 패널에 먼지가 묻어도 효율이 감소해 이에 대한 개선 방안이 필요한 실정입니다.

경희대학교 전자공학과 김대원 교수 연구팀은 에너지 하베스팅 기술을 집중적으로 연구하며 날씨와 관계없이 전력을 생산하고 날씨 모니터링 센서로도 활용할 수 있는 자가발전 소자를 개발하였습니다. 해당 연구 결과는 에너지 분야의 저명한 국제 학술지인 Nano Energy에 게재된 바 있습니다.

본 발명품은 태양 전지에 빗방울과 바람에서 에너지를 얻을 수 있는 마찰 전기 소자를 부착했습니다. 태양전지 위쪽에는 불소화 에틸렌 프로필렌 소재의 필름과 전기전도성을 가진 2개의 투명도 전막으로 만들어진 소자를 붙였으며 필름 표면에 빗방울이 떨어지면 전자가 움직여 전기에너지를 얻는 방식입니다. 해당 소자는 마이크로 렌즈 어레이나 마이크로 보울 어레이 구조를 이용해 초발수성 막을 구현했습니다. 이 구조는 비가 올 경우 초발수성 막에 의해 빗물이 발전기 표면에 잘 흘러 먼지를 쉽게 제거할 수 있으며 빗물에 의한 접촉 대전과 정전기 유도현상을 이용해 전력을 생산합니다. 그리고 태양 전지의 아래쪽에는 2개의 알루미늄 전극 판과 폴리테트라플루오로에틸렌 소재의 필름으로 구성된 소자를 부착하고 바람이 불면 두 알루미늄 전극 판 사이의 필름이 깃발처럼 펄럭이면서 양쪽 전극 판과 맞닿아 마찰이 일어나며 전자 흐름을 유도합니다.

해당 연구 결과는 태양 전지에 2개의 마찰 전기 소자를 달았으며 크기와 두께는 기존과 큰 차이가 없었습니다. 또한 태양광을 비롯해 비와 바람에서 동시에 또는 개별로 에너지를 얻을 수 있어 효율이 훨씬 높습니다. 

본 발명품을 이용할 경우 날씨에 민감한 태양광 발전의 단점을 개선해 화석연료의 의존성을 낮추고 재생 에너지를 사용한 전력 생산을 늘려 환경 오염을 개선하고 부족한 전력 생산에 기여할 것으로 기대가 됩니다. 그리고 본 발명품은 마찰 전기 소자에 떨어지는 빗방울을 통해서 실시간으로 날씨를 파악할 수 있습니다. 그러므로 향후 스마트 농작물 관리 미래 농업에 크게 기여할 것이라고 보고 있습니다. 탄소 중립을 위해서는 에너지원의 혁신이 꼭 필요하며 에너지 하베스팅 기술의 상용화는 이러한 혁신을 뒷받침 할 수 있을 것으로 기대합니다.