출력 높이는 ‘증폭장치’ 나와…스파크 방전 지속 유도

생기원, 마찰대전 나노발전기 증폭장치 개발
5000V 이상 고전압 구현...플라즈마도 생성

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출력 높이는 ‘증폭장치’ 나와…스파크 방전 지속 유도
마찰대전 나노발전기의 출력을 최대 3배 이상 5000볼트로 극대화시킨 '증폭장치'의 프로토타입으로, 검정색 원형추가 마이크로 톱니로 구현된 금색 전극에 닿으면서 스파크 방전을 지속적으로 유도한다.

생기원 제공

마찰대전 나노발전기의 출력을 최대 3배 이상 높일 수 있는 증폭장치가 개발됐다. 이 장치를 활용하면 일상 속에서 생기는 마찰전기를 통해 외부 전원 없이 LED(발광다이오드) 전구에 불을 밝히거나, 공기 중 바이러스, 세균 제거까지 다양한 분야에 적용할 수 있을 전망이다.

한국생산기술연구원은 조한철 박사와 박진형 한국기술교육대, 김상우 성균관대 교수, 김지혜 박사 등의 공동 연구팀이 마찰대전 나노발전기의 출력을 기존(2000볼트)보다 2∼3배 높인 5000볼트 이상의 고전압으로 구현하는 데 성공했다고 3일 밝혔다.

마찰대전 나노발전기는 서로 다른 두 물질을 마찰시킬 때 접촉 표면에 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환해 주는 장치다. 이 발전기는 고전압 저전류 특성으로 감전으로부터 안전하고 자가충전할 수 있어 반영구적으로 활용이 가능하다.

연구팀은 전극 형태가 뾰족할수록 스파크 방전이 쉽게 일어나 출력을 높인다는 사실을 '알루미늄 울'을 통해 확인했다. 이를 토대로 마이크로 톱니형태의 전극을 만들고 스파크 방전이 지속적으로 일어나게 하는 증폭 장치를 만들었다. 이 증폭장치는 증폭 전보다 25배 이상의 전압 출력과 120배 이상의 전류 상승을 유도했다.

연구팀은 증폭장치를 이용해 5000볼트 수준의 고전압 상태를 가시화해 주는 크룩스관의 형광체 발광 실험과 진공상태에서 플라즈마가 생성되는 현상을 성공적으로 검증했다.

조한철 생기원 박사는 "알루미늄판을 기계로 가공할 때 생기는 부산물인 '알루미늄 울'의 재활용을 고민하다가 아이디어를 얻게 됐다"며 "기존 연구에서 주목하지 않았던 전극 구조 변화에 초점을 맞춰 세계 최고 수준의 5000볼트 이상의 고전압을 구현했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

이 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈(지난해 11월호)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
출력 높이는 ‘증폭장치’ 나와…스파크 방전 지속 유도
조한철 생기원 박사가 마찰대전 나노발전기의 출력을 극대화할 수 있는 증폭장치 시제품에 대해 설명하고 있다.

생기원 제공






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