[지금은 과학] 스스로 치유, 생분해 가능 발전소자 나온다

[아이뉴스24 정종오 기자] 전기를 생산하면서 발생한 상처를 스스로 치유하는 에너지 소자 신기술이 개발됐다. 끝내는 생분해도 가능해 친환경적 시스템을 구축했다.

대구경북과학기술원(DGIST, 총장 이건우) 에너지공학과 이주혁 교수팀이 자가 치유, 생분해성과 높은 양전 특성을 갖춘 이온성 폴리우레탄 기반 마찰대전 발전소자를 개발했다. 이 소자는 자가 치유와 생분해가 가능해 환경에 미치는 영향을 최소화한다.

이온성 액체를 사용해 출력 성능을 크게 높일 수 있는 친환경 에너지 소자로 설계됐다.

이러한 특성 덕분에 차세대 소프트 전자기기와 웨어러블 디바이스에서 지속 가능한 전력원으로 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

마찰을 통해 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 ‘마찰대전 발전소자’를 차세대 에너지원으로 활용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

차세대 에너지원으로서 발전소자가 활용되기 위해서는 높은 내구성과 안정적 전력 생산은 필수이다. 지속적 마찰로 인한 기계적 손상을 자가 치유할 수 있어야 한다. 또한, 미래 환경을 위해 기능을 상실한 소자가 미생물 등에 분해돼 자연으로 돌아가는 친환경 기술까지 접목된다면, 그 활용가치는 더 커진다.

이주혁 DGIST 교수팀은 친환경적이면서 차세대 에너지원으로 활용할 수 있도록, 폴리우레탄을 소재로 하는 마찰대전 발전소자를 개발했다. 연구팀은 이미다졸이움 이온을 활용해 자가 치유 기능과 높은 양전 특성을 확보했다.

폴리카프로락톤(PCL) 기반의 폴리우레탄을 사용해 생분해성을 갖춘 ‘이온성 폴리우레탄’을 제작하고, 이를 활용해 마찰대전 발전소자를 개발했다.

이온성 폴리우레탄은 자가 치유와 생분해가 가능함과 동시에 높은 양전 특성을 가져 전기에너지 생산에 매우 효율적이다. 차세대 소프트 전자기기의 지속 가능한 전력원으로서 자가 치유되며, 사용 후 생분해가 가능해 환경오염에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

연구팀은 새롭게 개발한 소자의 우수성 검증절차를 진행했다. 다양한 조건의 이온성 폴리우레탄 기반 소자의 출력을 분석한 결과, 최고 436.8mW/㎡의 전력 밀도를 생성하며 자가 치유 효율이 약 90%임을 확인했다. 사용 후 약 300일에 걸쳐 생분해 과정이 진행됐을 때 소자의 초기 질량 대비 약 21%만 남는 것을 확인했다.

이주혁 교수는 “이번 연구를 통해 높은 출력 성능을 유지하면서도 자가 치유와 생분해 기능을 통합한 효율적 소재를 개발했다”며 “차세대 웨어러블 디바이스에 지속 가능한 전력원을 제공할 수 있는 혁신 기술로 기술사업화 등 상용화를 위해 후속 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.

연구 결과(논문명: Engineering self-healable and biodegradable ionic polyurethane with highly tribopositivie behaivor)는 에너지 공학 분야 국제 학술지 중의 하나인 ‘Nano Energy’에 실렸다.