한기대 배진우 교수팀 '3배 더 강력한' 자가발전 신소재 개발

한국기술교육대학교(이하 한기대)는 에너지신소재화학공학부 배진우 교수 연구팀이 차세대 웨어러블 전자기기의 핵심 전원이 될 ‘초고출력 마찰대전 나노발전 신소재’ 개발에 성공했다고 20일 밝혔다. 

인도 벨로르공과대학교(VIT)와의 국제 공동연구로 이뤄낸 이번 성과는 기존 소재의 구조적 한계를 극복하고 출력 성능을 3배 이상 끌어올렸다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다.

마찰전기 나노발전기(TENG)는 일상적인 접촉이나 움직임에서 발생하는 정전기를 전기에너지로 바꾸는 장치다. 

배터리 없이 스스로 전력을 만드는 '자가발전' 기술의 핵심이지만, 주재료인 PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드)는 전기 생성 효율을 높이는 데 구조적 제약이 따랐다.

배 교수팀은 PVDF에 실리콘 기반의 가지형 고분자(Si-HBP-G1)를 결합하는 새로운 전략을 도입했다. 

기존의 무기 나노입자 첨가 방식은 입자가 뭉쳐 성능이 떨어지는 고질적인 문제가 있었으나, 연구팀이 개발한 가지형 구조는 소재 전체에 균일하게 퍼져 전기 활성도를 극대화한다.

실험 결과, 개발된 신소재는 손바닥으로 두드리는 가벼운 동작만으로도 76V의 전압을 출력했다. 

이는 순수 PVDF 대비 약 3.5배 향상된 수치로, 40개의 LED 전등을 동시에 켜거나 디지털 스톱워치를 구동할 수 있는 수준이다. 

특히 분자동역학 시뮬레이션 결과, 전기를 만드는 핵심 상(Phase) 전환 속도가 2배 빨라지고 함량 또한 대폭 증가한 것으로 확인됐다.

배진우 교수는 “복잡한 첨가제 없이 소재의 분자 배열을 효율적으로 정렬하는 것만으로 성능을 크게 높일 수 있음을 입증했다”며 “상용화 가능성이 매우 높은 기술”이라고 강조했다.

이번 연구 성과는 영향력 지수(IF) 21.8의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 컴포지트 앤 하이브리드 머티리얼즈(Advanced Composites and Hybrid Materials)’ 최신호에 게재되며 기술력을 인정받았다.