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압전소자 응용분야의 최적효율 운전연구
압전소자의 경우 일상생활에서 발. 생하는 진동 에너지를 활용하여 전기 에너지를 발전한다. 발전되. 는 전압은 구조에 따라 수십 볼트 이상의 값을 가질 수 있지만. 전류 …
Source: koreascience.or.kr
Date Published: 11/8/2021
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을 흡수하여 에너지 하베스팅 소자를 이용하 베스팅 기술은 에너지 발전량은 미세하나 자. 가 발전에 의한 고 있는 압전에너지변환 소자 소재 종류별.
Source: finkllh4.tistory.com
Date Published: 2/3/2021
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압전 에너지 하베스팅의 원리 및 소재
(a) 유연기판에 제작된 ZnO 기반 나노발전소자, (b) 발전소자. 에 적용된 힘에 따른 출력전류밀도.6. 그림 3. (a) 플라스틱 기판에 제조된 BaTiO3 기반의 유연 압전 …
Source: www.cheric.org
Date Published: 8/9/2021
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구부리고 밟아서 전기 만드는 ‘압전 발전’···약한 출력은 극복해야 …
외부 압력받으면 전하 생성하는 압전 소자 통해 전기 만드는 ‘압전 발전’ 압전 나노 발전기, 바이오 물질 나노 발전기 등 연구 활발.
Source: www.enetnews.co.kr
Date Published: 2/2/2022
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압전소자 하나로 LED 105개 동시에 번쩍 – 동아사이언스
압전소자란 누르거나 구부리기만 하면 전기를 만들수 있는 발전 소자다. 의복 등에 부착할 경우 몸을 움직이기만 하면 전기를 만들 수 있기 때문에 …
Source: www.dongascience.com
Date Published: 1/12/2022
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압전 하베스터 성능검증 및 운영전략 수립
3.3 도로발전용 압전 하베스터 출력 성능 평가 (요구 성능 평가) … 표 3.1 압전소자 제작공차의 불확실성 모델링 결과 … 그림 2.1 세계 최고 압전 소자 발전량 …
Source: www.codil.or.kr
Date Published: 10/6/2021
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주행 차량에서 전력을 수확하다, “압전 발전 도로 시스템”
압전발전은 외부에서 주어진 압력, 즉 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술을 사용하는 발전 방법이며, 이 방법을 사용하기 위해서는 ‘압전소자’ …
Source: renewableenergyfollowers.org
Date Published: 1/30/2021
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도로용 압전발전발판 설계 및 발전특성 평가 – KoreaScience
사용하여 제작된 도로용 압전발전 발판을 과속방지턱. 으로 고정하여 도로에 설치하고 차량속도에 따른 발. 전량을 평가하였다. 2. 실험 방법. 2.1 압전소자 제작, …
Source: koreascience.kr
Date Published: 10/22/2021
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[마이더스] 걸을 때마다 전기 생산? ‘에너지 하베스팅’ | 연합뉴스
진동 발전과 원리는 비슷하지만 적용하기 쉽고 응용분야는 더 넓은 것으로 평가된다. 미국 조지아공대는 압전소자 돌기를 촘촘하게 박은 셔츠를 …
Source: www.yna.co.kr
Date Published: 7/25/2021
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주제에 대한 기사 평가 압전 소자 발전량
- Author: NAEK한국공학한림원
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- Date Published: 2014. 11. 13.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=MroS3uf2DaA
압전 소자 압전소자 발전량 압전소자 전압 압전소자 신발 압전소자 도로
– 압전 소자 압전소자 발전량
을 흡수하여 에너지 하베스팅 소자를 이용하 베스팅 기술은 에너지 발전량은 미세하나 자. 가 발전에 의한 고 있는 압전에너지변환 소자 소재 종류별. 그림 2. 압전에너지 하베스팅 소재 및 연구 개발 동향
이성준 저술국내외 연구 사례 분석을 통. 해 압전소자를 활용한 에너지 하베스팅 기술의 철도차량 적용에 대해 고찰하고자 한다. 주요어 압전, 압전소자, 하베스팅, 압전발전, 철도 압전 하베스팅 기술의 철도차량 적용에 대한 고찰
2와 같이 디지털 시계를 연결하였어요. 압전발전기를 몇번 누르고 나니 바로 작동되는좀 더 발전을 시켜서 PCB에 발전량이 저장이 되면 누르지 않아도 시계가 작동 압전소자로 디지털 시계 작동 시키기
– 압전 소자 압전소자 전압
소자 구현을 위한 에너지 하베스팅 기술이 많은. 관심을 받고 500 mW/cm3의 에너지를, 압전소자는 진동. 및 기계적 같은 방식으로 압전전압으로 측정 된다. AFM. 반도체 압전 에너지 하베스팅 연구
압전기壓電氣Piezoelectricity, /piˌeɪzoʊˌilɛkˈtrɪsɪti/란 기계적 일그러짐을 가함으로써 유전 분극을 일으키는 현상을 말한다. 1차 압전 효과라고도 하며, 역으로 전기를 가하여 일그러짐을 일으키는 현상을 압전 소자에서는 외부에서 걸어주는 전압 대신에 외부에서 가해준 압력이 물질의 각각의 원자에서 전하의 분리를 원리 · 결정 분류 · 물질 · 응용 압전기
발생하는 전압은 낮아지나 생성되는 전류량은 압전체에 사용되는 . 그림 15｜압전나노발전소자 기술의 출원특허 및 발표논문 동향 6. 출원건수. 압전에너지 하베스팅
곳입니다 @[email protected] 광고 중 개당 400원 정도이구요. 크기마다 가격이 다릅니다. 압전소자는 전압은 높은데 전류량이 너무 작습니다. 그래서 여러개를 구입하셔서 사용해야 원정대 그린랜턴의 GEnergy 이야기 #8 압전소자 발전기 만들기
전류밀도c 그림 4. 유·무기물 하이브리드 구조 기반 압전 에너지 발전소자의 직·병렬 연결에 통한 측정 전압a, 전류밀도b 및 LED 적색, 녹색, 청색 발광 하이브리드 압전 에너지 발전소자
– 압전 소자 압전소자 신발
압전소자를 이용한 발열장치 및 이를 포함하는 신발깔창이 제공된다. 본 발명에 따른 발열장치는 압전소자에 가해지는 충격을 통해 전기에너지를 발생시키는 에너지 KR20100092292A
압전소자를 이용한 에너지 하베스터용 전력변환장치 연구 · 안현성, 김영철, 차한주 · 대한전기학회 · 전기학회논문지; 2017. 2. 압전소자를 이용한 LED 자전거. 압전소자를 이용한 경보기 신발
T 압전 세라믹으로 정전기 발생 시키기, 압전 소자로 LED 전구 켜기. ▷ E 생선 전압·전류 측정, 에너지 신발 제작 및 테스트. ▷ A 에너지 신발 디자인. ▷ M 압전 쾅압력발전기
압전소자는 기계적 에너지를 전기적 에너지로, 또는 전기적에너지를 기계적에너지로하나 붙어 있는데 키 크는 신발이라고 쓰여 있습니다. 안타깝게도 그 표찰이 `국립과천과학관 첨단전시관2`의 압전소자Piezoelectric element
사이언스 최신호에 발표했다. 압전소자는 전기를 걸어주면 길이가 줄어들거나좋아하는 걸을 때마다 빛이 나는 신발에도, 라이터에도 있다. 또 뱃속의 아기를 성능 10배 개선한 나노 크기의 압전 소자 개발
– 압전 소자 압전소자 도로
이성준 저술압전소자를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술이 일부 국가. 에서 실용화 . 이스라엘 이노와텍Innowattech사는 도로에 압전 블록을 설치하여. 500kwh 발전 압전 하베스팅 기술의 철도차량 적용에 대한 고찰
압전세라믹의 기술동향 및 도로 압전 발전시스템 1. 충격에너지를 활용한 압전 발전기의 특성을 이해하기 위한 실험 연구 4. 압전소자의 소성과 특성에 관하여. 압전세라믹의 기술동향 및 도로 압전 발전시스템
것이 입증되었습니다 또한 압전소자에 전기를 가할 경우 그 결정판의 고유의블럭 아래라든지, 차량이 다니는 도로 아래에 압전소자를 설치할 경우 많은 양의 전기 압전소자란 무엇인가?
데 있어서, 안정적인 전력을 발생시킬 수 없는 단점을 가지고 있다. 그러나, 압전소자 발전은 차량이나 사람이 지나다니는 고속도로, 일반도로, 보도, 복도 등에 설치 압전소자에 대한 연구개발 및 적용확대의 필요성
구부리고 밟아서 전기 만드는 ‘압전 발전’···약한 출력은 극복해야 할 과제
[이넷뉴스] 물체를 밟거나, 구부려서 전기를 만드는 ‘압전(Pieroelectronic)’ 발전과 관련해 학계에서 최근 주목할 만한 성과가 나오고 있다. 압전은 외부 압력을 받으면 전하를 생성하는 압전 소자를 통해 전기를 만드는 것이다. 일상에서 다양한 방식으로 활용될 수 있어 차세대 발전 기술 가운데 하나로 꼽힌다. 다만 약한 출력은 극복해야 할 과제다.◇ 마룻바닥으로 전기를 만든다?
스위스 취리히 연방공대 잉고 버거트 교수팀은 지난 10일(현지 시각) 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 목재에 압력을 가해 전기를 일으키는 ‘압전 나노 발전기’ 개발에 성공했다고 밝혔다. 목질부에 있는 리그닌(Lignin) 성분을 없애고 탄성을 높인 뒤, 압력을 가해 음(-)전기의 전자, 양(+)전기의 정공(正孔)을 분극해 전기를 만드는 방식이다.
리그닌은 나무의 세포벽을 구성하는 고분자 화합물이다. 세포를 서로 달라붙게 해 세포벽을 단단하게 만든다. 연구진은 먼저 과산화수소수와 아세트산을 섞은 용액에 발사 나무를 담가 리그닌 성분을 분해했다. 발사 나무는 밀도가 낮고, 세포벽이 얇아 압전이 잘 된다. 리그닌이 사라지고 얇은 셀룰로스층만 남은 발사 나무는 마치 스펀지처럼 탄력이 생겼다.
연구진은 한 면을 1.5㎝ 길이로 다듬은 발사 나무 조각 9개를 붙이고 맨 위와 맨 아래 구리를 덧대 ‘압전 마루’를 만들었다. 마루에 압력을 가하자 1V(볼트) 미만의 미세한 전압이 감지됐다. 연구진은 “마루 면적을 실내 경기장, 대형 무도장 수준으로 넓히면 더 많은 전기를 생산할 수 있을 것”이라고 설명했다. 연구진은 관련 업체와 해당 기술의 상용화를 추진하고 있다.
압전 마루의 원리 (이미지=사이언스 어드밴시스)
◇ 열처리 필요 없는 바이오 나노 발전기
국내에서도 관련 연구가 한창이다. 부산대 나노과학기술대 나노에너지공학과 황윤회, 오진우 교수팀은 지난 1월 미세한 움직임으로 전력을 공급하는 ‘바이오 물질 나노 발전기’ 개발에 성공했다고 밝혔다. 이번 연구의 핵심은 친환경 바이오 물질인 ‘M13 박테리오파지(Bacteriophage)’를 활용해 압전 특성과 변전 특성을 구분한 것이다. 박테리오파지는 세균만 잡아먹는 바이러스를 말한다.
대부분의 나노 발전기는 발전 효율이 높은 무기물 소재를 활용한다. 문제는 무기물 대부분이 생체 독성을 지니고 있거나, 독성 여부가 규명되지 않았다는 점이다. 이에 무기물을 바이오 물질로 대체하려는 시도가 활발했지만, 전기적 특성 규명이 어려워 적용에 애를 먹어왔다. 바이오 물질은 고온에 약하기 때문이다. 전기적 특성 분석은 대부분 높은 온도 내 열처리 작업을 동반한다.
M13 박테리오파지는 표면 단백질 양 끝단이 양전하·음전하로 대전돼 있으며, 나선형으로 비스듬히 배치돼 항상 분극돼 있는 게 특징이다. 무엇보다 열처리 작업이 필요 없다. 연구팀은 “친환경 바이오 소재의 물성 분석 기술을 제시해 앞으로 다가올 바이오일렉트로닉스 시대의 시작점을 알릴 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 지원 과제를 통해 수행됐다.
왼쪽부터 부산대 나노에너지공학과 오진우, 황윤회 교수 (사진=부산대)
◇ 의류, 신발, 센서 등 적용 분야 다양
압전 발전이 미래 기술로 주목받는 것은 일상에서 활용도가 높기 때문이다. 의류에 압전 기술을 적용하면 앉은 상태에서도 스마트폰을 충전할 수 있고, 신발에 적용하면 걷는 것만으로 전기를 만들 수 있다. 2012년 부산 지하철 2호선 서면역에는 게임기 형태의 압전 발전기가 설치되기도 했다. 에너지 발판을 연속적으로 강하게 밟으면 전기가 생성돼 스마트폰을 충전할 수 있는 식이다. 현재는 철거된 상태다.
극복 과제라면 낮은 발전 효율이다. 다만 이는 기술 발전으로 조금씩 해결되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST)은 친환경 소재인 이소불화비닐(PVDF)을 활용해 2018년 기존보다 5배 이상 출력률을 높인 압전 발전 장치를 개발해 화제가 됐다. 이 장치는 가로 30㎝, 세로 30㎝ 면적으로 최대 620.2㎽(밀리와트)의 전기를 생산할 수 있다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어플라이드 에너지(Applied Energy)’ 온라인판에 게재되기도 했다.
한편 압전 기술은 센서 개발에도 활용된다. 지난 2월 한국과학기술원(KAIST) 이건재, 왕희승 박사 연구팀이 인체 귀 달팽이관을 모사해서 만든 인공지능(AI) 음성 센서가 한 예다. 센서에 적용된 사다리꼴 모양의 얇은 막은 주파수별 진동 영역이 달라 특정 주파수 영역에서 큰 폭으로 진동하는 ‘공진 현상’을 일으킨다. 이를 통해 먼 거리 소리도 인식할 수 있게 한다. 해당 기술은 현재 실리콘밸리 IT 기업들과 상용화 공정을 구축하고 있는 것으로 알려졌다.
[이넷뉴스=양원모 기자] [email protected]
주행 차량에서 전력을 수확하다, “압전 발전 도로 시스템”
주행 차량에서 전력을 수확하다, “압전 발전 도로 시스템”
15기 나혜인
[ 자료1.압전 발전장치의 도로 적용 개념도 ]출처 : 중소기업뉴스(http://news.kbiz.or.kr)
에너지 하베스팅 기술에 있어서 압전 소자를 이용한 방법은 지난 수 십 년간 많은 연구가 활발히 진행되어왔다. 압전 에너지 하베스팅은 다른 발전 방법보다 에너지 밀도가 높으며 기후와 관계없이 단순한 진동을 에너지원으로 사용하여 지속해서 전기 에너지로 변환할 수 있다는 장점이 있기 때문이다. 특히, 이러한 장점을 지닌 압전 발전장치의 활용 가능성이 가장 높은 장소는 ‘도로’다. 수많은 차량이 지나가는 도로는 차량의 움직임으로 압력과 진동 등이 발생하는 곳이기 때문이다. 때문에 지금부터 압전 에너지 하베스팅을 도로와 접목해 하나의 새로운 발전장치인 “압전 발전 도로 시스템”에 대해 소개하려 한다.
우선, 압전발전장치란 어떤 것이며, 어떻게 전기에너지를 생산해 낼 수 있는지에 대해 알아보자.
1. 압전발전장치
압전발전은 외부에서 주어진 압력, 즉 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술을 사용하는 발전 방법이며, 이 방법을 사용하기 위해서는 ‘압전소자‘에 대한 이해가 선행되어야 한다.
가. 압전효과의 개념 및 발전 원리
1) 압전효과의 정의
[ 자료2. 압전효과의 정의 ]출처: 양단 지지형 빔을 이용한 고효율 에너지하베스터에 관한 연구
‘압전효과’란 일정한 방향에서 압력 또는 장력을 가하면 그 외력에 비례하여 결정 표면에 전압이 발생하는 것 을 말한다. 또한 압전효과를 정압전효과와 역압전효과로 나누어 볼 수 있는데, 먼저 정압전효과는 기계적인 힘으로 전압을 발생시키는 것으로, 압전 소자에 진동, 압력 등을 주면 그 출력 부분에서 전기 신호가 발생하는 현상을 말하며, 역압전효과는 압전 소자의 외부에서 전압을 걸어주면 소자가 기계적 변형을 일으키는 현상을 말한다.
2) 압전소자의 형태와 발전방법
압전효과를 만들어내는 것에 있어서는 ‘ 압전소자의 형태 ’ 에 주목해야 한다.
압전소자들은 결정이라는 형태를 이루고 있다. 즉, 원자나 분자들이 규칙적으로 배열하여서 균일한 형태의 모양을 이루고 있는 것이다. 이렇게 결정을 이루는 물질들은 전기적으로 중성을 나타내고 있는데, 자세히 보게 되면 양전하를 가지고 있는 입자와 음전하를 가지고 있는 입자가 규칙적으로 배열되면서 전체적으로 중성을 가지게 된다. 그러나 자연계에는 이렇게 전기적으로 중성이 아닌 결정들도 있는데 이들이 바로 ‘압전소자’가 되는 물질들이다. 세부적으로 다른 결정들처럼 규칙적인 것은 똑같지만 전체적으로 보게 되면 결정 내에 양전하를 가지는 입자의 위치와 음전하를 가지고 있는 입자 위치가 어긋나서 마치 건전지처럼 한쪽이 플러스 한쪽 마이너스 형태가 되게 된다. 이때 압력을 가해주게 되면 결정을 이루고 있는 입자들의 위치가 바뀌면서 전기에너지를 발생시킬 수 있는 것이다.
[자료3. 압전물질의 발전 원리 ]출처 :양단 지지형 빔을 이용한 고효율 에너지하베스터에 관한 연구
위 그림은 압전체에 부하가 걸리지 않은 상태를 나타낸 것이다. 외부에서 응력이나 압력을 가하면 압전 재료 내의 분자가 전기장 방향으로 쌍극자를 형성하게 되고 압축력을 받으면 (b)와 같이 분극 방향과 같은 방향으로 분극 전압이 발생하고 반대로 인장력을 받으면 (c)와 같이 분극 방향과 반대 방향으로 분극 전압이 발생하게 된다.
나. 기존 발전 시스템과 압전 발전의 차이점
근본적으로 태양 발전 그리고 풍력 발전은 초기 설비에 많은 비용과 대규모 설비를 갖추어야지만 발전이 이루어진다는 단점이 있다. 반면에 압전 발전은 기기가 설치되거나 놓이는 공간에서 주위의 기계적인 진동 에너지로부터 자가발전하고, 반영구적인 충전 특성을 갖는다.
[자료4. 압전 발전의 장점 ]출처: 양단 지지형 빔을 이용한 고효율 에너지 하베스터에 관한 연구
2. 도로와 압전 발전을 접목한 결과물, “압전 발전 도로시스템”
가. 압전 발전 도로시스템의 발전방법
압전 발전 도로 시스템은 압전 소자를 누르고 통과하는 자동차의 물리적인 변화로부터 전력을 생산하는 것이다. 이 장치는 교통량에 따라 발생하는 에너지를 저장할 수 있는 전자카드를 탑재하여 도로 표면 사이에 삽입한 것인데, 이 시스템은 일반적으로 아스팔트층으로 덮여 있지만, 콘크리트와 복합 콘크리트 및 아스팔트에서도 적용이 가능하다.
나. 압전 발전 도로시스템의 국내 연구개발 현황
차량이 도로를 주행하면 노면에는 진동이나 변형, 마찰이 생긴다. 이때 도로에는 에너지가 발생하지만 붙잡아두기 힘들어 ‘버리는 에너지’에 불과했다. 그간 이 에너지를 재활용하려는 ‘에너지 하베스팅(수확)’ 연구는 세계적으로 활발한 추세였지만 도로 위에 까는 장치의 발전 효율이 높지 않아 상용화가 힘들었다.
그러나, 2018년도 국내 연구진이 기존 압전 발전장치에 비해 출력이 5배 이상 높을 뿐 아니라 고분자량 화합물인 폴리머 기반으로 내구성까지 뛰어난 소재를 만들어 냈다. 기존 압전 소재로 사용되던 납 대신 폴리머 소재인 이소불화비닐을 이용했다. 납 계열 세라믹은 발전 효율이 높지만 인체와 환경에 해로운 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 또한 폴리머 기반 압전 발전장치는 환경오염 물질 배출이 없는 대신 발전 효율이 낮아 상용화가 어려웠지만 도로의 미세한 진동 같은 작은 변위로도 압전 소재가 많이 변형될 수 있도록 장치를 개발함으로써 문제점을 개선했다.
새롭게 개발된 압전 발전장치의 최대 전력량은 30 × 30 ㎠크기 기준 620.2mW로, 같은 크기의 납 소재로 만든 장치와 비교해 출력이 약 5.3배 높다. 연구팀은 압전 발전장치를 시험 도로에 적용해 테스트한 결과 천만번 이상의 충격에도 전기 생산 효율이 떨어지지 않는 내구성을 확인하였으며, 위의 기술은 우리나라와 미국에 특허 출원 및 등록을 마친 상태다.
위의 기술이 상용화된다면 외부의 전력 공급 없이 ‘스스로’ 에너지를 수급하는 무선 센서가 도로의 온도·습도·압력·변형 등을 측정할 수 있게 된다. 그 때문에 이번 도로용 압전 발전 장치 개발은 높은 내구성을 실현함으로써 압전 하베스팅 기술의 상용화를 앞당길 수 있다는 측면에서 의미가 크다. 도로뿐만이 아닌 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있다고 생각된다.
참고문헌
1) 박연수, “차량하중으로 전기만드는 압전발전장치?!”,이웃집과학자,2018.03.13, http://www.astronomer.rocks/news/articleView.html?idxno=85259
2) 한화솔루션/케미칼 공식블로그, 누르면 전기를 만들어주는 압전소자!,2013.03.06 https://www.chemidream.com/427
3) 임춘호, “차량 무게로 도로에서 전기 생산하는 기술 개발”,중소기업뉴스, 2020.01.02, http://news.kbiz.or.kr/news/articleView.html?idxno=62846
4) S. Roundy, “Energy scavenging for wireless sensor nodes with a focus on vibration to electricity conversion”, Ph. D. Dissertation, Dept. of EECS,UC Berkeley, 2003.
[마이더스] 걸을 때마다 전기 생산? ‘에너지 하베스팅’
압전패드 밟으면 전기가 생산되는 압전패드 위를 지나가는 사람들. 뒤편 화면에 전기 생산량이 표시되고 있다. 페이브젠 제공
이 세상의 모든 현상은 에너지를 발산한다. 조명에선 빛에너지가 나오고, 자동차가 움직이면 진동과 열에너지가 발생한다. 스마트폰과 TV는 전자파 에너지를 방출하고, 걷거나 뛰어도 에너지가 생긴다. 다만, 주워 담을 수 없어서 대부분 사라질 뿐이다.
이처럼 버려지는 에너지를 수확해 전기로 변환하는 기술, ‘에너지 하베스팅’ 연구가 활발하게 전개되고 있다. 특허청에 따르면 2008년부터 2017년까지 10년간 등록된 에너지 하베스팅 특허는 1천370건이나 된다. 특히 2014년 이후 연평균 150건 안팎으로 급증했다.
◇자동차 에너지 효율은 20% 휴대전화는 고작 3%
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에너지 하베스팅 관점에서 보면 아깝게 사라지는 에너지가 어마어마하다. 발전소의 경우 생산전력의 48%만 사용되고 52%는 손실된다. 설비가 낡은 발전소는 손실률이 65%나 된다.
자동차의 운행 에너지 효율은 20%에도 미치지 못한다. 나머지는 열과 진동으로 날아가버린다. 휴대전화 사용 시 발생하는 전파도 3%만 사용되고, 97%는 허공에 뿌려진다.
사람도 마찬가지다. 체온이 주변보다 낮으면 열이 빠져나오는데 깨어있을 때는 120W 정도, 잘 때는 75W, 가볍게 움직이면 190W가 손실된다. 만약 힘든 운동을 할 때 버려지는 700W의 1%만 전기로 바꿔도 스마트폰 2대 이상을 충전할 수 있다.
◇즐겁게 춤추면서 에너지도 수확
에너지 하베스팅의 범위는 대단히 넓다. 신체, 진동, 압력, 열, 위치, 빛 등 거의 모든 활동이 에너지원이 된다. 영국 보다폰은 바지와 조끼로 구성된 ‘파워포켓’을 개발했다. 파워포켓을 입고 춤을 추거나 운동을 하면 몸에서 난 열이 전기로 바뀌어 스마트폰을 충전한다.
네덜란드 로테르담의 한 댄스클럽은 무대조명을 공짜로 켜고 있다. 네덜란드 기업 에너지 플로어가 설치한 무대 위에서 사람들이 춤을 추면 진동에너지가 전기로 변환돼서다. 열정적으로 발을 구를수록 조명이 더 현란해져 좋은 반응을 얻고 있다. 에너지 플로어는 박물관, 피트니스센터, 공공시설 등으로 확산하고 있다.
국내 연구진은 미세한 진동도 전기로 변환하는 나노발전기를 개발해 주목을 끌었다. 한국과학기술연구원(KIST)과 경희대 공동연구팀이 만든 나노발전기는 고분자 실리콘 스펀지와 금속으로 구성된 구조다. 흔들거나 주위 진동이 있으면 두 소재가 접촉했다 떨어지기를 반복하면서 정전기가 발생하고 이를 모아 전기를 만드는 원리다. 공정과 구조가 간단해 상용화 전망이 밝다.
파워포켓 입고 춤을 추거나 운동을 하면 몸에서 난 열이 전기로 바뀌는 ‘파워포켓’. 보다폰 제공
◇밟고 지나가면 저절로 발전기 작동
상용화에 가장 가까운 에너지 하베스팅 형태는 압력을 전기로 변환하는 압전장치다. 진동 발전과 원리는 비슷하지만 적용하기 쉽고 응용분야는 더 넓은 것으로 평가된다.
미국 조지아공대는 압전소자 돌기를 촘촘하게 박은 셔츠를 내놨다. 입고 움직이기만 해도 돌기들이 눌리며 전기를 생산한다. 캐나다의 바이오닉 파워는 무릎을 구부릴 때 압전소자에서 전기를 만드는 군인용 장비를 개발했다.
영국 기업 페이브젠은 사람이 많이 다니는 인도에 압전패드를 설치하는 사업을 벌이고 있다. 2012년 런던올림픽에서 테스트를 한 이후 영국의 12개 학교, 미국 뉴욕의 일부 학교에 압전패드를 놓아 전기를 만들고 있다.
일본 JR도 지하철 도쿄역 개찰구에 ‘발전마루’라는 압전기를 설치해 하루 6천W의 전력을 생산하고 있다. 우리나라도 유동인구가 많은 부산 서면역에 압전패드를 놓아 역사의 전기를 충당하고 있다.
최근엔 범위가 자동차로 확장하고 있다. 이스라엘 이노와테크는 인도가 아닌 자동차 도로에 압전기를 깔았다. 압력뿐 아니라 진동과 열도 전기로 변환하는 복합장치로 개발해 효율을 높였다. 편도 2차선 도로 1km에 차량 600여대가 지나가면 250가구에 공급할 수 있는 전기가 생산된다.
한국과학기술연구원도 이소불화비닐을 이용한 도로용 압전기를 개발했다. 출력이 기존 세라믹 압전기보다 5배 이상 높고, 1천만 회 이상 충격에도 기능이 저하되지 않는 게 장점이다. 최근 실험에선 2t 가까운 무게의 차가 시속 80km로 지나가도 이상 없이 작동해 내구성도 합격점을 받았다.
발로 밟아 전기 생산하는 기기 살펴보는 문 대통령 (부산=연합뉴스) 황광모 기자 = 문재인 대통령이 스마트시티 전략발표회에 참석해 발로 밟은 운동에너지를 전기로 만드는 ‘압전에너지’ 기기를 살펴보고 있다. 2019.2.13 [email protected]
◇흐르는 물, 허공의 전파도 에너지원
서울대와 전자부품연구원 공동연구팀은 세계 최초로 샤워기나 변기에서 물이 떨어질 때 발생하는 위치에너지로 전기를 생산하는 기술을 개발했다. 40마이크로리터의 미세한 물방울이 흘러도 LED 전구 3~4개를 켤 수 있는 전기를 생산할 수 있다.
영국 드레이슨 테크놀러지와 런던 임페리얼대는 허공에 떠다니는 와이파이·방송신호·휴대전화 전파 등 다양한 신호를 포착한 뒤 미세전류로 변환해 전자기기를 충전하는 ‘프리볼트’를 고안해 화제가 됐다.
원리는 생각보다 간단하다. 다중대역 안테나로 다양한 무선신호를 포착한 다음, 그 무선신호를 정류기에 흘려 교류에서 직류로 바꿔준다. 직류는 전원관리모듈에 공급돼 전압을 올리고 배터리 충전에 쓰인다.
또 미국 오하이오주립대는 스마트폰의 전파를 다시 흡수해 배터리 효율을 최대 30% 높이는 스마트폰 케이스를 개발하기도 했다.
김영대 기자 [email protected]
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