[뉴스웍스=문병도 기자] 김일두 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과  교수 연구팀이 2차원 전도성 나노물질인 맥신 소재와 극소량의 물로 전기에너지를 생성하고, 이 에너지로 배터리를 충전할 수 있는 친환경 발전기를 개발했다.

연구팀은 물과 친한 친수성 표면을 가지며 빠른 모세관 현상을 유발할 수 있는 2차원 전도성 물질인 맥신에 주목했다.

맥신(전이금속 카바이드)은 2011년 처음 발견된 2차원 평면구조를 가지는 세라믹 물질이다. 맥신은 전이금속에 의한 금속성질을 가지며, 말단에 존재하는 수산화기나 산소에 의해 친수성을 띄는 특이한 물질이다. 

티타늄(Ti)과 같은 중금속 원자와 탄소(C) 원자의 이중 원소로 이뤄져 있다. 두께 1나노미터에 1마이크로미터의 길이의 이차원적 판상구조로 돼 있다. 기존 나노소재보다 제조공정이 간편하고 저비용으로 생산할 수 있다. 

대부분 세라믹 소재와는 달리, 금속에 버금가는 우수한 전기 전도성과 우수한 에너지 저장 특성을 보여 전자재료, 에너지 저장 및 의약품 분야에서도 많은 관심을 가지는 물질이다. 

연구팀이 맥신(Ti3C2Tx)을 면섬유에 코팅해 발전기를 제조한 경우 기존 탄소 나노 입자가 적용된 발전기 보다 약 24배 높은 에너지 효율을 보였다. 

연구 결과는 에너지 하베스팅 연구 등에서 보인 제한적인 에너지 생산 능력을 벗어났다. 단순히 LED 전구의 불을 켜는 수준에서 배터리를 충전할 수 있는 수준으로 크게 성능이 향상된 것이다. 

김 교수는 "전도성 2차원 물질인 맥신 물질을 사용하였을 때 물과 친한 성질과 빠른 물 확산 특성에 의해 크게 발전 성능이 향상됐다"라며  "물이나 땀, 또는 대기 중 흩날리다 사라지는 수분을 에너지원으로 활용할 수 있는 에너지 하베스팅 기술로 지속적인 발전이 가능한 장점이 있다"라고 말했다.

한국연구재단와 한국과학기술연구원의 지원을 받아 수행되고 배재형 KAIST 신소재공학과 박사와 김민수 박사과정, 구종민 한국과학기술연구원 박사와 서봉임 박사, 허가현 박사, 오태곤 박사, 이승준 석사과정 및 유리 고고치 드렉셀 대학교수가 공동으로 참여한 이번 연구결과는  환경 분야의 권위지 '에너지 및 환경과학' 2021년 11월 호 온라인에 게재됐다.