[지금은 과학] 자기 체온으로 구조신호 보낸다

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 배터리 없이 체온만으로도 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다. 이를 응용하면 구조신호를 보낼 수 있다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 서울대 홍용택 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 정승준 박사 연구팀과 공동연구로 배터리 없이 체온만으로 자가발전해 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다고 20일 발표했다.

시계와 안경 등 다양한 형태의 웨어러블 전자기기 사용이 증가하면서 관련 기기에 효율적으로 전원을 공급할 소자 개발도 활발하다.

열전소자는 제벡 효과(서로 다른 금속의 양 끝을 접합한 후 한쪽 접합부에 열을 가했을 때 폐회로 상에 전위차가 발생해 전류가 흐르는 현상)에 의해 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다. 신축성을 부여하면 사람의 피부에 부착 가능하며, 체온을 이용해 배터리 없이 동작하는 자가발전 웨어러블 기기를 구현할 수 있어 새로운 전원 공급 소자로 주목받고 있다.

열전소자가 생성할 수 있는 전력은 소자의 내부 저항과 반비례하는데 기존 신축 열전소자는 내부 저항이 높아서 생성되는 전력이 적고 실용성이 떨어지는 한계가 있다.

외부 기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 구현하려면 신축 열전소자의 내부 저항을 높이는 주된 요인인 신축 전극과 열전소재 사이의 계면 저항과 신축 전극의 전기 저항을 해결해야 한다.

연구팀은 신축 열전소자 내부의 계면과 신축 전극의 전기 저항을 개선할 두 가지 전략을 도입해 내부 저항은 낮추고 자가발전 성능은 높인 고성능 신축 열전소자 개발에 성공했다.

실험 결과 신축 열전소자는 내부 저항이 기존의 6배 이상 감소해 세계 최고 수준의 발전 성능을 보였다. 외부 전원장치 없이 체온에 의한 발전만으로 블루투스 통신이 가능하여 긴급 상황에서 구조 요청을 할 수 있는 무선 자가발전 웨어러블 시스템을 동작시킬 수 있었다.

홍용택 교수는 “이번 연구는 기존 신축 열전소자의 기술적 한계로 여겨졌던 낮은 발전 성능 문제를 해결하고 체온과 같은 적은 열에너지로도 무선 웨어러블 기기를 동작시켜 신축 열전소자의 실용성을 높인데 의의가 있다”며 “배터리 없는 자가발전 웨어러블 기기의 대중화, 상용화에 크게 이바지할 것으로 기대된다”고 말했다.

연구 성과(논문명:Milliwatt-scale body-heat harvesting using stretchable thermoelectric generators for fully untethered, self-sustainable wearables)는 에너지 분야 국제학술지 에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters) 표지논문으로 6월 9일 실렸다.