초저주파 환경서도 안정적 전력 생산… 재활용 기반 지속가능 에너지 기술로 주목
폐자원 활용한 친환경 에너지 수확 기술 실현
강원대학교(총장 정재연) 화학공학전공 임태환 교수 연구팀이 재활용 PET 부직포 섬유를 기반으로 초저주파 환경에서도 안정적인 전력 생산이 가능한 「친환경 트라이보 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator, TENG)」를 개발했다. 해당 기술은 일상적인 움직임 수준의 저주파 조건에서도 LED 구동과 저전력 전자기기의 작동이 가능한 수준의 직류 전력을 생산함으로써, 지속가능한 에너지 수확 기술로서의 가능성을 인정받고 있다.
이번 연구는 강원대 임 교수와 이지희·이윤수 석사과정 연구원, 대진대학교 이주형 교수, 한국생산기술연구원 김시형 수석연구원이 공동으로 수행했다.
‘의사 두께’ 도입해 기존 TENG 한계 극복
연구팀은 기존 필름형 TENG의 한계를 극복하고자, 압축 가능한 부직포 섬유 구조가 반복 압축과 회복을 통해 시간에 따라 두께 및 유전율이 달라진다는 점에 주목했다. 이를 바탕으로 새로운 정전용량-전압 관계 모델을 수립하고, ‘의사 두께(pseudo-thickness)’ 개념을 도입해 정전 유도와 전하 축적 효과를 극대화할 수 있음을 실험적으로 입증했다.
이러한 설계는 특히 접촉 주파수가 5초에 1회 수준인 초저주파 환경에서도 안정적인 에너지 출력이 가능하다는 점에서 기존 나노발전기 기술과 차별화된다.
웨어러블·스마트 섬유·바이오센서 등 다양한 활용 기대
연구팀이 개발한 친환경 TENG는 폐 PET 부직포를 전기 발생층으로 활용했으며, 기계적 동작에 따라 정전기를 생성해 전력을 얻는 원리로 작동한다. 해당 기술은 웨어러블 디바이스, 바이오센서, 스마트 의류 등 전력이 제한된 다양한 환경에서 활용될 수 있어 높은 실용성이 기대된다.
특히 기존 전력 공급 인프라가 어려운 저자원 지역, 휴대용 소형 전자기기 등에 탑재할 경우, 재활용 기반의 친환경 에너지 솔루션으로 기능할 수 있다.
국제 저명 학술지 『Small Structures』 2025년 5월호 게재
이번 연구 성과는 나노·에너지 융합 분야의 국제 저명 학술지 『Small Structures』(Impact Factor=13.9) 2025년 5월호에 「Sustainable Nonwoven Triboelectric Nanogenerator Including Pseudo-Thickness Enabled Consistent Power Generation in Ultralow Contact Frequency」라는 제목으로 온라인 게재되었다.
임태환 교수는 “이번 연구는 버려지는 PET 소재에 새로운 기능과 가치를 부여한 지속가능 기술의 한 사례”라며, “향후 생분해성 소재와의 융합을 통해 더 실용적이고 친환경적인 에너지 하베스팅 기술로 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다.
연구에 함께 참여한 이지희·이윤수 석사과정 연구원은 “석사 과정 중 의미 있는 연구 성과를 낼 수 있어 매우 기쁘다”며 “자원 재활용과 에너지 수확 기술 발전에 이 연구가 도움이 되길 바란다”고 소감을 전했다.
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