상용화된 섬유를 활용해 외부 기계적 에너지를 전기에너지로 수확하는 에너지 하베스터 개발

의복 형태로 직조하여 인체의 움직임을 감지하는 자가 구동 센서로 웨어러블 디바이스의 상용화에 탁월한 가능성 보여

나노 분야 저명 국제 학술지인 ‘Nano Letters’ 최신판 온라인 게재

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(왼쪽부터 김주완, 노준호 석사생, 심현준, 최창순 교수)

동국대학교 융합에너지신소재공학과 김주완 석사 (제1저자), 노준호 석사 (공동 제1저자), 심현준 교수 (공동 교신저자), 최창순 교수 (교신저자)로 구성된 연구팀은 상용화된 실에 그래핀을 코팅하여 의복형태의 에너지 하베스터를 개발했다고 발표 했다. 특히, 간단하고 연속적인 공정을 통해 기능성 섬유를 대량생산하고, 이를 직조하여 의복으로써 기능할 수 있는 에너지 하베스터를 개발할 수 있는 기술을 개발함으로써 기존 연구의 한계를 극복했다고 알렸다.

기존 기계-전기화학 기반 에너지 하베스터의 경우 비싼 재료와 복잡한 공정 및 의복에 직접 적용하기에 적합하지 않은 기계적 물성 드 상용화에 어려움이 많았다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 최창순 교수 연구팀은 상용화된 실에 그래핀을 코팅하는 간단한 공정을 통하여 의복으로의 활용 가능성으 유지할 뿐만 아니라, 전기전도성을 적절하게 부여함으로써, 기계적 에너지를 유용한 전기에너지로 재생산할 수 있는 웨어러블 에너지 하베스터를 보고하였다.

상용화 실의 경우, 적절한 기계적 물성을 위해 미세한 섬유들이 서로 얽히고 꼬인 구조로 존재하게 되는데 본 연구팀은 이러한 섬유 고유 구조를 활용하여 외부에서 발생하는 기계적 에너지에 의해 유도되는 표면적의 변화를 전기화학적 원리를 기반으로 하여 전기에너지를 생산하는 에너지 하베스터로 구현하였다. 제작된 하베스터의 경우, 의복 형태로 응용이 가능하며, 특히 인체의 움직임을 읽을 수 있는 센서로도 활용이 가능한데, 특히 움직임의 방향과 그 정도를 센싱 할 수 있는 자가 구동 센서로써의 가능성도 보여주었다.

최창순 교수는 “웨어러블 기기로써 의 본질을 유지하며 인체의 움직임에 의해 지속적으로 발생하는 기계적 에너지를 전기에너지로 수확하는 에너지 하베스터를 구현한 것에 의미가 있다”며 “대량 생산 및 저렴한 공정, 직조 가능성 등을 바탕으로 외부 에너지 장치가 필요하지 않은 자가 구동 센서로써 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 나타냈다.

해당 연구결과는 <Hierarchically Plied Mechano-Electrochemical Energy Harvesting Using a Scalable Kinematic Sensing Textile Woven from a Graphene-Coated Commercial Cotton Yarn>라는 제목으로 재료 분야 저명 국제 학술지 「Nano Letters (IF=12.262)」 23년 8월 온라인에 게재됐다.