기자명 문병도기자
  • 입력 2018.03.09 12:00

KIST, 폴리머 소재 압전 장치 개발

KIST연구진이 중부내륙고속도로 여주 구간에서 압전장치를 시험하고 있다.<사진제공=KIST>

[뉴스웍스=문병도기자] 강종윤 한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구단 박사팀이 도로 위를 지나가는 차량의 하중으로부터 전기를 생산하는 압전 발전장치를 개발했다. 

도로 위를 달리는 차량은 상당량의 에너지를 진동, 변형, 열에너지로 소비한다. 차량으로부터 발생하는 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해서는 기계적 에너지 수확 방법이 필요하다. 이 중 압력을 가하면 전기를 생산하는 압전 발전은 에너지변환 효율이 높지만, 소량의 에너지를 생산하는 저전력 응용 분야에만 부분적으로 활용됐다.

강종윤 KIST 박사팀이 개발한 압전 발전장치는 유연 압전 폴리머 소재인 이소불화비닐(PVDF)를 사용, 대용량 발전을 실현했다. 또 납을 포함하지 않아 친환경적인 전기 생산이 가능해졌다.

연구진은 차량으로 인해 발생하는 도로의 변형을 모델링, 유연 압전 소재와의 상관 관계를 수학적으로 도식화했다. 이어 노면의 미소 변위로도 유연 압전 소재의 높은 변형을 유도할 수 있게 장치를 개발했다. 이렇게 개발한 압전장치에서 측정된 최대 전력량은 620.2 mW(30 × 30cm 크기)으로, 기존 도로용 압전 발전장치와 비교하여 5.3 배 높은 출력을 보였다.

연구진은 중부내륙고속도로 여주구간에서 실제로 적용해 성공적으로 테스트를 마쳤다. 실험에서 1,000만 번 이상의 충격에도 전기 생산 저하가 발생하지 않는 우수한 내구성을 입증했다.  

공동연구를 수행한 김상태 KIST 박사는 “내구성이 높은 압전 발전장치를 실현함으로써, 극히 드물었던 압전 에너지 수확 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업과 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지인 ‘어플라이드 에너지' 최신호에 게재됐다. 

강종윤 KIST 박사 <사진제공=KIST>
김상태 KIST박사 <사진제공=KIST>

 

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