공기 속 수증기만으로 전기 생산

하이커뮤니티매니져 0 46 09.26

전상민 교수. 포스텍 제공.

우리가 매일 마시는 공기 속 수증기만으로도 전기를 만들 수 있는 기술이 개발됐다. 태양광이나 풍력발전 등과 달리 날씨와 관계없이 공기만 있다면 전기를 생산할 수 있어 스마트팜과 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

포스텍은 전상민 화학공학과 교수 연구팀이 공기 중 습기만으로도 블루투스 이어폰을 작동시킬 만큼 강력한 전력을 생산하는 ‘수분 발전기(MPG, Moisture-induced Power Generator)’를 개발했다고 25일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '나노 에너지(Nano Energy)'에 게재됐다.

사람이 숨을 내쉴 때 나오는 수증기나 공기 중에 떠다니는 습기도 모두 전기의 원료가 된다. 지금까지 개발된 기술은 출력이 매우 낮다. 공기 중 수분이 장치에 흡착되면 전하를 옮기는 이온이 점점 줄어들고 이미 쌓인 이온이 새로운 이온의 이동을 막아 전력이 급격히 떨어졌기 때문이다.

연구팀은 '연쇄적 이온–레독스 증폭 메커니즘’을 활용했다. 공기 중 수분을 흡수했을 때 발생하는 이온 이동과 산화·환원 반응을 연쇄적으로 연결해 전류를 강하고 오래 유지할 수 있는 장치를 구현한 것이다.

연구팀은 음전하 고분자 폴리스티렌술폰산(PSSA)과 양전하 고분자 폴리다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드(PDDA)를 쌓고, 카본 전극에 전도성 고분자인 폴리아닐린(PANI)과 폴리피롤(PPy)을 결합해 새로운 장치를 제작했다. 이 장치는 공기 중 수분이 흡수되면 도미노처럼 연쇄반응이 이어지게 해 전력을 계속 생성한다.

추가로 알루미늄 그물(메쉬 전극)을 적용했다. 알루미늄이 녹으면서 나오는 이온(Al³⁺)이 보조 전하 운반체 역할을 수행해 전류를 더 강하게 만들도록 했다.

그 결과 이 장치는 최대 단락 전류 밀도 15.3 mA/cm²(장치 표면 1cm²에서 흐르는 전류), 출력 밀도 1.33 mW/cm²(장치 표면 1cm²당 발생하는 전력)를 기록하며 기존 기술 대비 약 100배 향상된 성능을 보였다. 나아가 개발된 소자 8개를 직렬로 연결해 외부 전원 없이 9mW 전력으로 블루투스 저에너지(BLE) 무선 센서를 구동하는 데 성공했다.

전 교수는 “공기 중 수분은 어디에나 존재하는 무한한 자원”이라며 “이번 연구는 친환경 자가발전 기술의 실사용과 상용화에 한 걸음 더 다가선 성과”라고 말했다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74243

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