“배터리 교체 없이 250개 LED 켰다”…값싼 플라스틱으로 전기 생산

이주혁 DGIST 교수, 이온성 직류 마찰전기 나노발전기 개발 플라스틱 첨가해 직류 생산 위한 새 소자...충전 없이 구동 입증 배터리 교체나 충전 없이 센서와 로봇을 구동할 수 있는 새로운 전력기술이 나왔다. 스마트 물류와 헬스케어, 사물인터넷(IoT) 기기 등 차세대 전자기기의 자율 구동에 널리 활용될 전망이다. 한국연구재단은 이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 교수 연구팀이 플라스틱(PVC)을 활용해 직류 전력을 직접 생산하는 ‘이온성 직류 마찰전기 나노발전기’를 개발했다고 3일 밝혔다. 최근 사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기, 스마트 물류 센서 등은 소량의 전력으로 구동하지만 배터리 교체와 충전이 필요하다. 기존 마찰전기 나노발전기는 기계적 에너지를 전기로 변환하는 친환경 기술로 주목받고 있으나, 교류 전력만 발생하기 때문에 직류로 변환하기 위해 정류회로가 필요하다. 이 과정에서 에너지 손실과 구조적 복잡성이 뒤따르고, 비용과 효율, 활용성 측면에서 산업 현장에 널리 적용하는 데 제약이 컸다. 연구팀은 흔히 쓰이는 플라스틱 소재 폴리염화비닐(PVC)에 유연성과 가공성을 높이는 가소제를 첨가해 별도의 회로 없이도 직류 전력을 안정적으로 생산할 수 있는 새로운 소자를 구현했다. 이 소자는 다양한 움직임에서 안정적인 전력 공급이 가능한데, 마찰 전하 확산과 전극 표면에 이온이 쌓이면서 내부에 전기장이 만들어지는 전극 분극 현상을 통해 직류 전력을 발생시키는 원리로 제작됐다. 최적의 조건에서 소자는 축전기 충전과 발광다이오드(LED) 250개를 켜는 등 높은 출력을 발생시켜 센서를 구동했다. 연구팀은 환경 내구성 강화와 대면적 제작 공정 개발, 장시간 안정성 확보 등을 위한 후속연구를 이어갈 계획이다. 이주혁 DGIST 교수는 “값싼 플라스틱 소재를 활용해 직류 전력을 직접 생산하는 원리를 최초로 제시했다는 점에서 학문적·산업적 의미가 크다”며 “배터리 교체 부담을 줄이고 장기간 자율 구동이 가능해 지속가능한 에너지 자립형 스마트 물류 인프라 구축에 기여할 것”이라고 말했다. 이 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 지난달 29일자에 실렸다.