경희대 노현희 학생, 날씨 관계없이 전력 생산 '자가발전 소자' 개발

경희대학교는 최근 노현희(전자공학과 박사 2기) 학생이 날씨와 관계없이 전력을 생산하고 날씨 모니터링 센서로도 활용 가능한 자가발전 소자를 개발했다고 20일 밝혔다.


개발에는 김대원 교수가 교신저자로 참여했으며 연구 결과는 에너지 분야의 저명한 국제학술지인(IF: 15.548, JCR 상위 3.7%)에 게재됐다.

에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 일상에서 쓰지 않는 에너지를 사용 가능한 전기에너지로 바꾸는 기술이다. 대표적인 신재생 에너지원으로 신체 움직임, 태양광, 폐열, 전자파, 바람 등이 있다.

하지만 가장 대중적인 태양광의 경우 햇빛이 있어야만 전기를 생산할 수 있고 시간이 지날수록 태양 전지 표면이 오염돼 생산 효율이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하고자 노 학생과 김 교수는 태양 전지에 빗방울과 바람에서 에너지를 얻을 수 있는 마찰 전기 소자를 부착하고 태양 전지 위쪽에는 불소화에틸렌프로필렌(FEP) 소재의 필름과 전기전도성을 가진 2개의 투명도전막(ITO)으로 만들어진 소자를 붙였다.


이는 필름 표면에 빗방울이 떨어지면 전자가 움직여 전기에너지를 얻는 방식이다. 해당 소자는 물에 젖지 않고 흐르도록 제작돼 태양 전지 표면을 씻어낼 수 있다.

또한 태양 전지의 아래에는 2개의 알루미늄 전극판과 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 소재의 필름으로 구성된 소자를 달았다. 바람이 불어 두 알루미늄 전극판 사이의 필름이 깃발처럼 펄럭이면 양쪽 전극판과 맞닿아 마찰이 일어나면서 전자의 흐름을 유도한다.

노 학생은 "이번 연구를 통해 태양광, 비, 바람에서 전기에너지를 얻을 수 있는 일체형 자가발전 소자를 개발하고 이를 날씨 모니터링 시스템에도 활용할 수 있음을 입증했다"며 "주변 환경에 큰 영향을 받는 정전기를 다루는 일이고, 소프트웨어 개발에도 어려움이 많았지만 좋은 성과를 거둬 기쁘다"고 말했다.

그는 이어 "마찰 전기 소자의 활성 여부를 통해 직접 보지 않고도 날씨를 파악할 수 있어 자동으로 농작물을 관리하는 미래 농업에 크게 기여할 것"이라고 덧붙였다.

한편 노 학생은 향후 바이오산업에서 에너지 하베스팅 기술을 활용하는 연구를 진행할 계획이다.