국내 연구진이 '투명망토'로 불리는 메타물질을 이용해 버려지는 에너지를 최대로 모을 수 있는 기술을 개발했다. 스마트시티의 기반시설을 연결해 주는 사물인터넷(IoT) 센서 전원으로 활용할 수 있을 전망이다.
한국표준과학연구원은 김미소 박사 연구팀이 윤병동 서울대 교수 연구팀과 공동으로 자연계에 없는 특성을 구현하는 신개념 메타물질을 통해 높은 전력을 생산할 수 있는 '메타 에너지 하베스팅' 시스템을 개발했다고 14일 밝혔다.
에너지 하베스팅은 일상생활이나 산업현장에서 버려지는 에너지를 모아 전기에너지로 전환해 다시 사용하는 기술이다. 소리, 진동, 초음파 등과 같이 어디서든 흔히 발생하는 기계적 에너지가 에너지 하베스팅의 좋은 공급원이다. 가령, 차량이 다리를 지나갈 때 발생하는 소음이나 노면 진동 등의 기계적 에너지를 전력원으로 활용할 수 있다.
하지만, 에너지 하베스팅은 생산 전력량이 부족해 응용 분야가 제한적이고, 경제성도 떨어지는 한계가 있다. 연구팀은 버려지는 에너지를 최대한 많이 모을 수 있는 메타물질인 '음향양자결정' 구조를 개발했다. 음향양자결정은 단위 격자가 주기성을 가지고 배열된 인공적인 구조로, 메타물질의 한 종류다. 여러 곳에서 들어온 에너지를 한 곳으로 최대한 모아 더 이상 나가지 못하게 묶어두는 역할을 한다.
연구팀은 음향양자결정 구조를 압전소자 기반의 에너지 하베스팅에 적용한 결과, 기존보다 22배 넘는 고효율의 전기를 생산할 수 있었다.
김미소 표준연 박사는 "메타물질을 에너지 하베스팅에 접목해 센서와 같은 소자를 작동시킬 수 있는 밀리와트급 전력을 얻은 건 이번이 처음으로, 에너지 하베스팅의 새로운 패러다임을 개척한 성과"라고 설명했다.
윤병동 서울대 교수는 "진동과 같이 구조물 자체에서 발생하는 에너지를 메타물질로 대폭 증폭시킬 수 있어 주기적으로 배터리를 교체하거나, 태양광 등 기상조건에 따라 제한적으로 전력을 받아야 하는 사물인터넷 센서 전원을 영구적으로 사용하는 데도 활용할 수 있다"고 말했다.
이 연구결과는 세계적 학술지 '나노 에너지'에 실렸으며, 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원을 받아 연구가 이뤄졌다.대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
메타물질(음향양자결정 구조)을 이용해 버려지는 에너지를 모을 수 있는 '메타 에너지 하베스팅 시스템' 모식도
