[한국기술뉴스] 한국공학대학교 에너지전기공학과 이동건교수 연구팀은 스마트소재를 이용해 열전 변환 효율을 향상시키는 에너지 하베스팅 장치를 개발했다. 개발된 기술은 한국공학대학교 산학협력단을 통해 2015년 02월 23일 특허를 출원(출원번호 제1020150025275호)했다. 특허 명칭은 '스마트소재를 이용한 열 및 진동 하이브리드 에너지 하베스팅 장치’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

기계나 산업 현장에서 수없이 많은 센서가 사용되고 있습니다. 또한, 각종 웨어러블 기기를 포함한 초소형 기기들이 상용화되면서 소형 장치들의 동력 공급 문제를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있습니다.

에너지 하베스팅 기술은 주변에서 버려지는 진동이나 열, 온도 등의 미소 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 기술입니다. 에너지 하베스팅 기술은 버려지는 에너지를 활용하면서도 부산물을 생산하지 않아 친환경적인 전력 공급 방식으로 주목받고 있습니다. 하지만, 미소 에너지를 활용하기 때문에 에너지 생산량과 효율이 낮아 상용화가 어려워 효율을 향상시키기 위한 방안이 필요한 실정입니다.

한국공학대학교 이동건 교수 연구팀은 버려지는 열과 진동 에너지를 전기로 변형시키는 하이브리드 에너지 하베스팅 장치를 개발했습니다.

하이브리드 에너지 하베스팅 장치는 온도에 따라 자성의 성질이 변하는 스마트 소재를 이용합니다. 스마트 소재는 압전 부재와 탄성 부재로 이루어진 탄성 빔에 삽입되어 있습니다. 

스마트 소재가 일정 온도 이하일 경우 강자성을 띠게 되어 자석 방향으로 부재를 변형시킵니다. 자석 방향으로 이동된 부재는 열원으로 열을 전달받으며, 스마트 소재의 온도를 높여 상자성 성질을 띠게 만듭니다. 상자성 성질로 변한 스마트 소재는 자석 반대방향으로 부재를 변형시킵니다. 자석 반대편의 냉각장치로 인해 스마트 소재의 온도가 떨어져 다시 강자성 성질을 띠게 됩니다.

이 과정에서 반복적으로 압전 부재에 변형이 일어나면서 전기를 발생시킵니다. 추가로, 탄성 부재의 끝에는 프루프 매스 부재가 결합하여 있습니다. 프루프 매스 부재는 진동이 발생할 때 탄성 빔의 변형을 가속하는 역할을 합니다. 이를 통해 진동 에너지를 전기 에너지로 변형시킬 수 있으며, 열에너지에 의한 변형을 가속해 변환 효율을 향상할 수 있습니다.

본 장치를 활용할 때 두 가지 미소 에너지로부터 전기 에너지를 생산할 수 있어, 기존의 에너지 하베스팅 장치의 효율을 높일 수 있습니다. 이를 통해 친환경적인 방식으로 각종 센서나 소형 장치의 에너지를 공급할 수 있습니다.

개발된 장치는 IoT 장치나 웨어러블 장치에 내장된 무선 센서에 친환경적이면서도 반영구적인 에너지 공급을 가능하게 할 것으로 기대됩니다.