옷 입고만 다녀도 전기 생산...“스마트폰도 충전 가능?"

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 최경진 교수팀

‘웨어러블-열전발전기’ 개발

  빛으로 전기를 만드는 태양전지는 규소(Si)를 이용해 만드는 실리콘 태양전지와 각종 화학물질을 섞어 만드는 화합물 반도체 태양전지로 나뉜다. 빛을 쬐어주면 내부에 전기가 흐르는 일부 물질들의 특징을 발전에 이용하는 것이다. 

태양광-열전 발전기술을 개발한 최경진 UNIST 교수(왼쪽)와 정연수 연구원. UNIST 제공

최근엔 태양전지 없이 태양 빛을 흡수해 뜨거워진 부분과 나머지 부분의 온도 차를 이용하는 온도차 발전 방식도 각광받고 있다. 일반 태양전지보다 훨씬 얇고 가볍게 만들 수 있어 사람이 입는 의복에도 적용할 수 있기 때문이다.

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 최경진 교수팀은 태양광과 열전 소자를 융합한 ‘웨어러블 열전 발전기’를 새롭게 개발하여 의복을 입고 다니기만 하면 전기를 생산해 스마트폰 등을 충전할 수 있는 길을 열었다.

체온과 대기의 온도 차를 이용해 전기를 만들려는 시도는 과거에도 있었지만 피부와 대기의 온도 차가 섭씨 2도 정도에 불과해 웨어러블 열전 발전기의 상용화 가능성은 높지 않다는 평가가 많았다.

최 교수팀은 열전소자를 이용해 이 문제를 풀었다. 천과 같이 유연한 전자기판 가운데에 빛을 흡수할 수 있도록 비스무스 텔루라이트(Bi₂Te₃)라는 물질을 잉크 형태로 만들어 여러 겹 인쇄했다. 이렇게 만든 발전소자는 빛이 닿는 곳과 그렇지 않은 곳의 온도 차가 최대 섭씨 20.9도까지 커졌다. 기존 열전 발전기보다 10배가량 큰 온도 차를 확보한 것으로, 의복을 입고 햇볕을 쬐기만 하면 전기를 생산할 수 있는 길을 연 셈이다. 최 교수는 “이번 연구 성과가 소형 웨어러블 전자기기를 위한 자가 충전 기술 실용화의 촉매제 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다. 

이렇게 만든 웨어러블 태양광-열전 발전기는 햇빛을 쬐어주는 것만으로 55.15mV(밀리볼트)의 전압과 4.44μW(마이크로와트)의 출력 전력을 나타냈다. UNIST 측은 “이는 10개의 소자로 실험한 수치이며 이 숫자를 200개 정도로 늘리면 발광다이오드(LED) 전구 하나를 켤 수 있게 된다”며 “성능을 더 높여 의복 전체에 활용하면 스마트폰 등 휴대형 전자기기를 충전할 정도의 성능도 기대해 볼 수 있다”고 말했다.

발전을 연구하는 과학자들은 이처럼 버려지는 에너지를 활용해 쓸모 있는 전기를 만드는 ‘에너지 하베스팅(수확)’ 연구를 활발히 하고 있다. 태양빛과 체온, 발바닥에 가해지는 압력 등 버려지는 에너지를 활용하려는 분야다. 백정민 UNIST 신소재공학부 교수팀은 올해 5월 29일 옷 입고 움직일 때 생기는 마찰력을 전기로 바꾸는 기술을 개발했는데, 기존 연구에 비해 전력을 20배나 많이 생산하는 것이었다. 연구진은 특수 고분자 물질을 섞은 새 소재를 개발해 전력을 높였다.

전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com

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