차세대 친환경 에너지 발전소자 실용화 앞당겨

☎ 02-2100-6830, 교과부 기초연구지원과장 염기수, 사무관 박영미

☎ 031-290-7352, 성균관대학교 김상우 교수

□ 에너지 효율을 획기적으로 높인(기존대비 약 36배) 압전 에너지 발전소자*가 국내 연구진에 의해 구현되어, 차세대 친환경 에너지 개발에 한걸음 다가서게 되었다.

※ 압전(壓電)에너지 발전소자 : 초음파, 미세진동, 혈류, 바람, 조류, 신체 움직임 등 주변 환경에 존재하는 기계적 에너지를 압전효과를 이용해 전기에너지로 변환시키는 소자

○ 성균관대 김상우 교수가 주도하고, 이근영 박사과정생(제1저자), 최덕현 교수(경희대, 공동교신저자), 종린 왕 교수(Zhong Lin Wang, 미국 조지아텍)가 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업(NCRC)과 미공군협력사업의 지원으로 수행되었고, 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nano Letters’지 온라인 속보(3월 16일자)에 게재되었다.

(논문명: P-Type Polymer-Hybridized High-Performance Piezoelectric Nanogenerators)


□ 김상우 교수 연구팀은 ‘유·무기물 하이브리드 구조’를 이용해 효율이 높은 압전 에너지 발전소자를 만드는데 성공하고, 구동 메커니즘을 명쾌하게 규명하였다.

○ 현재 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 무기물 압전 반도체 물질을 기반으로 한 압전 에너지 발전소자는 물질 내부에 존재하는 자유전자로 인해 압전 효율이 높지 못한 것으로 알려져 있다.

○ 김 교수팀은 무기물 압전 반도체 내부에 존재하는 자유전자를 효과적으로 제거하여 고효율의 압전 에너지 발전소자를 구현하고자, n형의 무기물 압전 반도체* 물질(산화아연, ZnO)과 p형의 폴리머 물질(P3HT)을 나노구조로 제어·접합시켜, P3HT 내부에 존재하는 정공과 산화아연 내부에 존재하는 자유전자와의 결합을 유도하여 압전 효율을 크게 증가시켰다.

※ n형 무기물 압전 반도체 : 전기 전도현상을 지배하는 주된 운반체가 정공(hole)이 아니라 전자(electron)인 무기물 압전 반도체

○ 유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자는 무기물 압전 반도체만을 이용한 압전 에너지 발전소자보다 에너지 변환효율이 36배 이상 대폭 증가되었다. 이 결과를 바탕으로 연구팀은 배터리와 같이 외부의 전력공급원 없이 유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자만으로 적색, 녹색, 청색 발광다이오드(LED)를 구현하는데 성공하여 차세대 에너지 기술 분야에서 획기적인 발전을 이룬 것으로 평가받고 있다.


□ 김상우 교수는 “이번 연구성과는 차세대 친환경 에너지 소자인 압전 에너지 발전소자의 실용화시기를 크게 앞당겨 국내·외 에너지 시장에 큰 파급효과가 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

출처 : 교육과학기술부