1.5도 온도차로 LED 전구 켜는 '필름 발전기' 나왔다

하이커뮤니티매니져 0 6 00:13

UNIST 장성연 교수팀, 최고 성능 이온 열전소재 개발

장성연 교수와 제1저자 김동후 연구원 ⓒ 울산과기원 제공

사람 체온과 공기 간의 미세한 온도 차(1.5도)만으로도 발광다이오드(LED) 전구를 켤 수 있는 필름 발전기가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 장성연 교수팀이 세계 최고 성능의 유연 p형·n형 이온 열전소재를 동시에 개발했다고 13일 밝혔다.

열전소재는 소재 내·외부 온도 차로 전기를 만들 수 있는 일종의 발전기와 같은 소재다.

그중 이온 열전소재는 이온이 움직여 전기를 만든다. p형 소재는 양이온이, n형 소재는 음이온이 움직이는 형태다.

온도 차가 발생하면 이온이 차가운 쪽으로 쏠리면서 전압이 발생하고 전류가 흐르게 된다.

이번에 개발된 소재의 열전 성능지수(ZTi)는 p형 49.5, n형 32.2로, 이는 현재까지 보고된 이온 열전소재 중 가장 높은 기록이라고 장 교수팀은 설명했다.

기존 최고 기록보다도 70% 향상된 수치다. 열전 성능 지수가 높을수록 온도 차가 크지 않더라도 전기를 잘 만들 수 있다.

개발된 열전 소재를 이용해 제작한 필름형 열전 모듈(상)과 실제 구동 모습(하) ⓒ 울산과기원 제공

P형과 n형 두 소재 모두 가볍고 유연한 고분자 기반이라 필름 형태로 발전기를 만들 수 있다.

장 교수팀은 이 p형 소재와 n형 소재 10쌍을 직렬 연결해 만든 필름 형태 발전 모듈은 1도의 온도 차가 발생할 때마다 1.03V의 높은 전압을 만들어 냈으며, 1.5도의 낮은 온도 차이만으로 LED 전구의 불을 켰다고 밝혔다.

또 실내 환경에서 2개월 이상 95% 이상 성능을 유지해 우수한 장기 안정성도 입증했다.

장 교수는 "개발된 소재는 얇고 유연해 몸이나 곡면 표면에 쉽게 밀착시킬 수 있다"며 "배터리 없이도 충전되는 착용형 스마트 워치나 내부·외부 온도 차가 수℃에서 수십℃에 불과한 환경에서도 작동하는 자가발전 센서 개발에 응용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이런 연구 결과는 지난 4일 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 온라인판에 공개됐다.

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