▲ 왼쪽부터 한기대 에너지신소재화학공학부 윤재욱 박사과정, 배진우 교수, 가줄라 프라사드 연구교수. 한기대 제공

한국기술교육대학교는 배진우 교수(에너지신소재화학공학부) 연구팀이 급속 충전이 가능한 신개념 하이브리드 나노발전기(Hybrid Nanogenerator, HNG)를 개발했다고 30일 밝혔다.

이 기술은 압전(piezoelectric) 및 마찰전기(triboelectric) 소재를 결합해 고성능의 에너지 수확 장치를 구현한 것으로, 에너지 변환 및 효율성 측면에서 기존 기술을 뛰어넘는 혁신적인 성과를 보였다.

하이브리드 나노발전기는 마찰전기 대전현상과 정전기 유도현상으로 전기 에너지를 생성하는 ‘마찰전기 나노발전기(TENG, Triboelectric Nanogenerator)’와 압전 재료에 기계적 에너지를 공급해 전기 에너지로 변환하는 ‘압전 나노발전기(PENG, Piezoelectric Nanogenerator)’의 장점을 합친 형태로 높은 출력을 가질 수 있다.

이를 달성하기 위해 연구팀은 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(PVDF-HFP)에 압전 특성이 우수하다고 보고된 MXene 나노소재를 전기 방사 기술을 이용해 혼합하여 고효율의 하이브리드 나노발전기를 개발했다.

이를 통해 2.7 Wm-2의 출력을 보이며 기존 나노발전기 대비 20배에 달하는 출력이 달성할 수 있었다. 또한 급속 충전이 가능해 디지털 시계나 계산기와 같은 전자기기를 무전원으로 지속적으로 구동할 수 있었다.

연구책임자인 배진우 교수는 “이번 연구로 기존 나노발전기의 한계를 극복하고, 지속 가능한 에너지 수확 기술의 새 지평을 열었다”며 “급속 충전 기능을 통해 더 많은 에너지 저장 및 응용 가능성을 실현할 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구는 한국연구재단 이공분야기초연구사업(중견연구), 이공학학술연구기반구축사업, 4단계 두뇌한국(BK)21 FOUR 사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 한국기술교육대 배진우 교수(연구책임자), 가줄라 프라사드 연구교수(공동 제 1저자), 윤재욱 박사과정(공동 제 1저자), 우인선 박사과정이 참여했다. 

이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 국제 학술지인 ‘Small’에 11월 5일 첫 온라인 등재 이후, 현재 back cover로 선정돼 출판을 앞두고 있다.