기계공학부 이상민 교수 연구팀, 마찰대전 나노발전기의 성능 향상 기술 제시
중앙대 기계공학부 이상민 교수 연구팀은 ‘연결된 다중 스트립 구조’를 활용해 마찰대전 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator; TENG)’의 정전기 방전 성능을 향상시키는 동시에, 더 낮은 풍속에서도 작동하고 소음까지 줄인 차세대 정전 소자를 개발했다.
해당 연구에는 이상민 교수의 지도하에 전현경 기계공학부 4학년생과 차경환 기계공학과 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다.
마찰대전 나노발전기는 마찰대전 효과와 정전기 유도 원리를 활용해 전기를 생산하는 발전기로, 간단한 제조 공정, 저비용, 높은 전력밀도 등의 장점으로 미래 휴대형 에너지 소자로 세계적인 주목을 받고 있다.
이상민 교수 연구팀이 제안한 ‘연결된 다중 스트립 플러터 구조’는 기존 정전기 유도 방식과 달리 정전기 방전 현상을 핵심 발전구조로 채택했다.
각 스트립은 독립적으로 움직이지만, 전기적으로는 연결되어 있어 최대 전류 출력이 추가로 증가하는 효과를 얻었다. 결과적으로 4m/s의 풍속에서 개방회로전압(VOC) 412.4V, 단락회로전류(ICC) 1.09A를 달성했으며, 3,000개의 LED를 점등하거나 상용 온습도계를 구동하는 등 높은 에너지 수확이 가능함을 입증했다.
또한 작동 과정에서의 최소 구동 풍속 및 작동 소음 역시 감소하여 도시 환경 및 주거지 인근에서의 활용성 역시 높아졌다.
이번 연구논문에 제1저자로 참여한 전현경 학생은 “밤낮없이 함께 연구를 진행한 선배들과 최선을 다해 지도해주신 이상민 교수님 덕분에 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 정말 감사드리고 대학원 진학 후에도 좋은 연구를 수행할 수 있도록 노력하겠다”고 소감을 밝혔다.
논문를 지도한 이상민 교수는 “이번 연구는 단순히 정전기 방전 메커니즘에서의 전기적 성능을 증가시켰을 뿐 아니라, 대체에너지로서의 활용성을 증가시킨 중요한 연구이다”며, “간단한 내부구조 변경으로 성능 개선을 가져올 수 있어 다양한 환경 및 활용처에 맞추어 다양한 잠재적 응용분야에 대한 추가연구가 유망해 보인다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실 및 중견연구사업, 그리고 경찰청의 과학적 범죄수사 고도화 기술개발 사업 연구비를 지원받아 이뤄졌으며, 해당 논문은 에너지 분야 세계적 학술지 ‘Nano Energy’(IF: 17.1, JCR: 상위 5.1%).에 ‘End-Linked Multistrip-Flutter Triboelectric Nanogenerator for Enhanced Electrostatic Discharge Output and Frequency’라는 제목으로 게재됐다.
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