[글로벌대학팀 김선영 기자] 중앙대학교 이상민 교수 연구팀이 금오공대 정지훈 교수, 연세대 홍진기 교수 연구팀과 공동으로 낮은 에너지 입력에도 고출력을 낼 수 있는 ‘비접촉식 정전소자’를 개발했다. 중앙대는 이 기술을 바탕으로 낮은 풍속에서도 발전이 가능한 풍력 발전 시스템을 구현했다고 지난 2일 밝혔다.

연구진은 정전기 유도 현상이 발생하는 폴리머 표면에 이온화 게이트를 연결해 방전 시 전자 증식 현상이 일어난다는 점에 주목했다. 이를 통해 비접촉 상태에서도 전압과 전류가 증폭되는 현상을 실험적으로 검증했다. 단일 층 기준으로 최대 1.5킬로볼트의 전압과 2.5암페어의 전류를 발생시킬 수 있었고, 이 구조를 다층으로 확장하면 최대 전력 밀도 21.2와트 제곱미터를 구현하는 데 성공했다.

이 기술은 특히 바람의 세기가 약한 상황에서도 안정적인 발전이 가능하다는 점에서 기존 정전소자와 차별화된다. 연구팀은 사보니우스형 풍력 블레이드를 적용한 풍력 발전 장치를 함께 개발해 바람 속도가 3미터 매초일 때 46.9밀리와트, 4미터 매초일 때는 168.6밀리와트의 전력을 생산할 수 있음을 확인했다. 해당 장치는 3천 개 이상의 LED를 동시에 구동할 수 있었고, 실험을 통해 수소 생산 가능성도 검토됐다.

이번 연구는 한국연구재단과 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 ‘Reaching New Efficiency Milestones in Low-Speed Wind Energy Harvesting via Noncontact Stackable Ion-Gate-Based Static Discharge Generator’라는 제목으로 게재됐다. 이 논문은 2023년 기준 피인용 지수 24.4를 기록한 바 있다.

공동 제1저자인 정세훈, 허지웅 박사과정 연구원은 해당 소자의 응용 가능성을 높이 평가했다. 이상민 교수는 “이번 성과는 낮은 입력 에너지로도 높은 출력을 구현할 수 있다는 점에서 향후 다양한 발전 기술에 접목될 수 있는 잠재력이 있다”고 말했다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr