[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 김회준 교수팀이 버려지는 코코넛 껍질 분말을 충전재로 사용해 압전 나노발전기를 개발했다. 이 나노발전기는 LED 전구, 전자계산기와 같은 소형 전자기기를 작동시킬 만큼 전기를 만들어냈다. 또한, KF94 마스크에 부착해 사용자의 호흡과 기침 패턴 분석에 활용했다. 그 결과, 추출된 호흡패턴의 분석을 통해 건강의 이상 유무 판단이 가능했다. 김회준 교수는 5일 "코코넛 껍질 기반의 에너지 하베스터를 이용한 소형 전자기기나 기침 패턴 분석은 외부 전력 없이도 가능했다"며 "친환경 소재에도 우수한 압전 특성이 존재해 기존 재료의 한계를 뛰어넘을 수 있다"며 이번 연구성과에 대해 설명했다. 압전 에너지 하베스팅 기술은 우리 삶속에서 발생하는 다양한 기계적 진동이나 움직임으로부터 에너지를 수확하는 차세대 친환경 에너지 기술이다. 하지만 기존의 압전 소재들은 납 같은 유해하고 충격에 취약한 단단한 소재들이 대부분이다. 연구진은 코코넛 껍질에 주목했다. 단단한 코코넛 껍질의 섬유에서 균일한 결정을 가진 형태로 구성된 셀룰로오스 구조를 관찰했다. 방향성을 지닌 셀룰로오스 나노결정은 압전성을 지니고 있어 다양한 에너지 또는 자가발전 센서로 활용할 수 있다. 연구진은 이를 활용해 코코넛 껍질의 섬유로부터 고순도의 파우더를 추출하는 공정을 통해 압전 나노파우더를 확보하고 이를 압전 폴리머인 폴리불화비닐(PVDF)에 적용해 고효율 압전 에너지 하베스터를 개발했다. 코코넛 파우더-PVDF 복합체의 특성분석을 통해 기존 PVDF보다 우수한 압전성을 확인했으며, 이를 기반으로 제작된 에너지 하베스터는 약 16배 높은 출력전압과 12배 높은 출력전류량을 달성했다. 한편, 이번 연구결과는 친환경 에너지 분야 국제 학술지인 '지속 가능한 재료와 테크놀로지(Sustainable Materials and Technologies)'에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자
2022-04-05 14:13:12[파이낸셜뉴스] 휴가철 폭염 예보에 전력 대란이 예상되며 코스닥 질소산화물 제거용 촉매 생산업체 나노의 수요 확대가 예상된다. 빠듯한 전력 공급을 메우기 위해 석탄발전기가 재가동되는 등 선택적 촉매환원(SCR) 기술 수요가 크게 늘어날 전망이다. 2일 한국거래소에 따르면 지난 5월 24일 코스닥 시장에서 1650원에 거래되던 나노의 주가는 이날 장중 4% 이상 오른 1940원에 거래되며 약 한 달만에 17.57%의 상승률을 기록했다. 이날 산업계 등 관련 업계에 따르면 올 여름철 전력 수요가 폭염과 코로나 백신 접종 확대에 따른 경기 회복 영향으로 역대 최고치를 기록할 것으로 전망된다. 산업통상자원부는 지난 1일 현안조정회의에서 '여름철 전력 수급 전망 및 대책'을 심의, 확정했다. 이에 따르면 올 여름 최대 전력 수요는 94.4기가와트(Gw)에 달할 전망이다. 이는 지난 2018년 기록한 사상 최고치(92.5Gw)보다 높은 수치다. 정치권 일각에서는 지난 2013년 8월 이후 8년만에 전력 수급 비상 경보 발령이 내려질 가능성도 언급되면서 담당 기관이 비상이 걸렸다. 나노는 정부가 시운전 중인 석탄화력발전기를 조기 투입하기로 결정하면서 투자심리가 개선된 것으로 풀이된다. 화석연료 연소 시 발생하는 질소산화물(NOx) 및 다이옥신(Dioxin)을 제거하는 핵심기술 중 하나인 SCR 촉매 기술은 여러 질소산화물 제거 방법 중에서 저감효율이 가장 높다. 또 배기가스의 부하 변동이 일어나도 안정적으로 처리할 수 있으며 제품이나 연소효율에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다. 나노 측은 "당사가 보유한 독자적인 SCR 촉매 개발 기술을 토대로 SCR 촉매 시장에서 원재료 생산부터 촉매 제조까지 밸류체인을 구축해 사업을 영위하고 있다"고 말했다. SCR 촉매는 특성상 3~4년에 한 번씩 교체돼야 하기 때문에 신규 SCR 설비 시장뿐만 아니라 교체 시장이 존재한다. 이 때문에 SCR 촉매의 수요는 매년 증가할 수 밖에 없다. 나노의 주요 고객으로는 발전회사, 산업플랜트회사, 플랜트 설계·조달·시동(EPC)사, 엔지니어링사, 선박엔진 제조사 등이 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자
2021-07-02 10:11:43국내 연구진이 인체에 무해한 소재를 이용해 마찰전기로 전기를 만드는 나노발전기를 개발했다. 이 나노발전기는 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분한 전기를 만들어냈다. 연구진은 인체 삽입도 가능해 자가발전 의료기기 센서에도 적용할 수 있다고 설명했다. 화석연료나 핵연료 같은 현재 주요 에너지원들은 자원고갈, 환경오염 등 다양한 문제점을 갖고 있다. 따라서 자연에서 버려지는 기계, 열, 태양 에너지를 전기에너지로 전환하는 기술에 관심이 높다. 그 중에서도 압축과 늘림에서 발생하는 압전, 마찰전기 나노발전기는 웨어러블 의료기기, 사물인터넷 센서, 자가발전 전자시스템 등 다양한 분야 적용이 기대되는 유망기술이다. 대구경북과학기술원(DGIST)은 로봇공학전공 김회준 교수팀이 세계 최초로 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 이용해 마찰전기 나노발전기를 개발했다고 7일 밝혔다. 사이클로덱스트린은 지금까지 주로 약물전달에 쓰이는 물질로 사람이 먹어도 될만큼 무독성이어서 인체 삽입도 가능하다. 김회준 교수는 "나노발전기가 만든 전기는 계산기, 손목시계 같은 작은 전자기기를 작동시킬 수 있을 만큼 충분했다"고 설명했다. 연구진은 금속 이온을 가진 유기물인 금속유기골격체를 소재로 이용해 마찰전기 나노발전기판 3개를 Z모양으로 연결시켜 나노발전기를 제작했다. 이 나노발전기는 가방, 신발과 같은 사물이나 신체 부위에 고정시켜 움직임이 발생할 때 3개의 나노발전기판이 접히고 펴진다. 이때 발생하는 마찰에너지를 전기에너지로 전환되고 에너지를 저장한다. 김 교수는 "로봇적용 촉각센서를 연구하며 압전, 마찰전기 나노발전기에 관심을 갖게 됐다"고 설명했다.이어 "단순히 발전기 소자만을 개발하는 것에 멈추지 않고 실제 응용분야에 맞는 소자 개량을 통해 실생활에서 사용가능한 나노발전기 개발을 목표로 연구를 계속할 것"이라고 말했다. 이번 연구결과는 그 우수성을 인정받아 국제적 재료 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)'에 7월 표지논문으로 선정됐다. 한편, 마찰전기 나노발전기는 표면간 접촉으로 발생하는 마찰전기와 정전기를 이용해 전기를 만든다. 하지만 기존 마찰전기 나노발전기의 효율성을 위해 사용해온 세라믹 나노 복합재료는 환경문제와 생체적용에 적합하지 않다는 한계점이 있어왔다. monarch@fnnews.com 김만기 기자
2021-06-07 16:57:16[파이낸셜뉴스] 부산대 연구진이 최근 웨어러블 디바이스(Wearable Device)에 전원을 공급하는 무기물 기반의 나노발전기를 대체할 바이오 물질의 전기적 특성을 효과적으로 측정하기 위한 시스템 개발에 성공했다. 부산대(총장 차정인)는 나노과학기술대학 나노에너지공학과 황윤회·오진우 교수 연구팀이 주변 환경의 자극으로부터 스스로 전기를 만들어 낼 수 있는 바이오 물질 나노 발전기의 압전, 변전 특성을 효과적으로 구분할 수 있는 측정 시스템 개발에 성공했다고 25일 밝혔다. 압전·변전특성은 음전하와 양전하로 분극돼 있는 물질에 물리적 변형이 생겼을 때 전기를 생산할 수 있는 것을 일컫는다. 바이오 물질은 인체 독성이 없어 각광받고 있지만 전기적 분석 단계에서 고온의 열처리 과정을 거쳐야 하기 때문에 나노 발전기 적용을 위한 전기적 특성 파악에 어려움이 있어 왔다. 부산대 연구팀이 이번에 열처리 없이 사극 전극과 샌드위치 전극을 이용해 바이오 물질 나노 발전기의 전기적 특성을 분석해낸 것이다. 이번 성공은 한국과 홍콩을 대표하는 국립대 간의 국제 공동연구 성과로 부산대학교 나노에너지공학과 황윤회·오진우 교수 연구팀과 홍콩대학교 신동명 교수 연구진이 이뤄냈다. roh12340@fnnews.com 노주섭 기자
2021-01-25 11:03:03국내 연구팀이 정전기 나노발전기를 개발해 실제 실내온도나 위치 등을 파악하는 블루투스 무선 센서 등을 구동하는데 성공했다. 향후 4차 산업혁명의 핵심기술 중 하나인 사물인터넷을 비롯해 무선 센서 네트워크나 웨어러블 전자기기의 자율전원으로써 핵심적 역할을 수행할 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구단 송현철 박사, 강종윤 단장 연구팀은 에너지 하베스팅 기술의 일종으로 정전기를 이용해 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성·고출력 나노발전기를 개발했다고 11일 밝혔다. KIST 연구진은 미세 기공을 가지는 실리콘 스펀지를 짧은 시간 내에 간단히 제작할 수 있는 방법을 개발했다. 미세 기공이 전체 표면적과 정전용량을 향상시켜 정전기 발생량을 크게 늘리고 이를 이용해 고내구성·고출력을 지니는 정전기 나노발전기를 개발했다. 기존의 나노발전기는 복잡하고 어려운 공정이 필요했다. 하지만 이번 KIST 연구진이 개발한 공정을 이용하면 제작 시간과 비용을 크게 단축할 수 있어 나노발전기의 실용화를 앞당길 것으로 전망하고 있다. 또한 연구진은 증기캡슐공정의 변수들을 면밀히 조사해 다공성 구조의 제어 방법을 찾아냈다. 본 연구를 주도한 KIST 송현철 선임연구원은 "이번 연구결과로 쉽고 간단한 방법으로 다공성 구조를 만들었다는 것이 큰 의의가 있으며, 기존 에너지 하베스팅 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것으로 기대한다"고 말했다. KIST 강종윤 전자재료연구단장은 "현재 여러 가지 에너지 하베스팅 기술들을 개발 중에 있다. 이번 연구결과로 인해 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있기를 기대한다."고 밝혔다. 경희대학교 최덕현 교수와 공동연구로 진행된 이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지인 'Nano Energy'의 최신호에 실렸다. monarch@fnnews.com 김만기 기자
2019-06-11 11:48:20【광주=황태종기자】전남대는 기계공학부 이동원 교수팀이 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)에 영구적으로 전원을 공급할 수 있는 차량용 나노 발전기(V-TENG)를 개발했다고 28일 밝혔다. TPMS는 타이어 내부 압력을 실시간으로 측정해 타이어 파열 등으로 인한 자동차 사고를 예방하는 시스템이다. 미국, 유럽에서는 신규 자동차 장착이 법적으로 강제되고 있는 핵심부품 중 하나이다. 기존의 TPMS는 타이어 내부에 코인 형태의 배터리를 사용해 교환비용이 많이 들고, 배터리 수명 자체가 TPMS의 효율을 저해하는 문제를 안고 있었다. 또 코인 배터리를 대체할 초소형 발전기 연구가 진행되고 있지만, 극한 환경에서의 전원공급에 한계를 노출해 왔다. 이동원 교수팀이 개발한 V-TENG은 타이어의 기계에너지를 전기에너지로 전환해 영구적으로 전원을 공급할 수 있게 함으로써 이같은 문제점을 해소했다. 더구나 V-TENG은 높은 내구성과 신뢰성으로 장기간 휠 허브에 장착돼 극한의 환경에서도 구동이 가능하고, 기존 연구에 비해 최대 316V, 22.3 mW의 높은 전기 출력을 나타낼 정도로 효율성이 뛰어나다. 이같은 연구성과는 에너지분야 국제학술지인 '나노 에너지' 온라인 판 4월호에 게재된데 이어, 오는 7월 1일 자에 '무전지 타이어 압력 모니터링 시스템을 위한 마찰대전 나노 발전기'란 논문제목으로 게재될 예정이다. 이동원 교수는 "V-TENG를 이용한 무선 전원공급 장치는 TPMS에 영구적인 전원 공급뿐만 아니라, 실시간으로 타이어 내부온도를 운전자가 계기판에서 알 수 있게 하는 등 무선 센서의 차세대 발전 장치라고 할 수 있다"고 설명했다. hwangtae@fnnews.com 황태종 기자
2018-05-28 10:06:42이상민 교수(왼쪽)와 김태훈씨 국내 연구진이 물을 이용해 고성능 나노발전기를 개발하고 이를 통한 전기 생산에 성공했다. 중앙대는 17일 기계공학부 이상민 교수와 중앙대 대학원에 재학 중인 김태훈씨가 발표한 논문 '물의 전기적 특성과 관성을 이용한 회전형 마찰대전 나노발전기의 설계 및 최적화'가 에너지 분야 세계적 학술지인 '나노에너지(Nano Energy)' 최신호의 표지논문으로 선정됐다고 밝혔다. 전자기적 방식을 이용한 소형 수력발전은 대형 수력발전에 비해 복잡한 제조공정, 높은 제작비용, 변환효율 저하로 실용화가 어려웠다. 이에 대한 해결방안으로 등장한 것이 마찰대전 나노발전기를 이용한 기술이다. 마찰대전(Contact-Electrification)을 이용한 발전방식은 재료를 쉽게 구할 수 있고 디자인 및 제조공정이 단순하며, 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기를 생산할 수 있다. 하지만 접촉물질 간 마찰로 인해 내구성이 낮다는 것이 단점으로 지적돼 왔다. 이상민 교수 연구팀은 물의 관성 및 마찰대전 현상을 이용해 물이 있는 모든 환경에서 전기에너지를 수확할 수 있는 장치를 개발했다. 기존의 마찰대전 나노발전기보다 내구성을 높이고 습도 및 환경의 제약을 벗어나 회전에너지를 저렴한 재료와 간단한 장치로 수확할 수 있다. 또 내부 유체 거동 및 시뮬레이션 분석을 통해 전기적 성능을 최적화했으며 손의 움직임으로 전류를 발생시키는 휴대용 장치를 설계해 시연했다. 한편 이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단 및 CAU GRS 지원사업으로 진행됐으며, 국내.국제 특허로 출원됐다. cynical73@fnnews.com 김병덕 기자
2016-10-17 17:19:28국내 연구진이 물을 이용해 고성능 나노 발전기를 개발하고 이를 통한 전기 생산에 성공했다. 중앙대는 17일 기계공학부 이상민 교수와 중앙대 대학원에 재학중인 김태훈 학생이 발표한 논문 '물의 전기적 특성과 관성을 이용한 회전형 마찰대전 나노발전기의 설계 및 최적화'가 에너지 분야 세계적 학술지 나노 에너지(Nano Energy) <*IF=11.553> 최신호의 표지논문으로 선정됐다고 밝혔다. 전자기적 방식을 이용한 소형 수력발전은 대형 수력발전에 비해 복잡한 제조공정, 높은 제작비용, 변환효율 저하로 실용화가 어려웠다. 이에 대한 해결방안으로 등장한 것이 마찰대전 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator)를 이용한 기술이다. 마찰대전(Contact-Electrification)을 이용한 발전방식은 재료를 쉽게 구할 수 있고 디자인 및 제조공정이 단순하며, 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 전기를 생산할 수 있다. 하지만 접촉 물질 간 마찰로 인해 내구성이 낮다는 것이 단점으로 지적돼 왔다. 이상민 교수 연구팀은 물의 관성 및 마찰대전 현상을 이용해 물이 있는 모든 환경에서 전기 에너지를 수확할 수 있는 장치를 개발했다. 기존의 마찰대전 나노발전기보다 내구성을 높이고 습도 및 환경의 제약을 벗어나 회전 에너지를 저렴한 재료와 간단한 장치로 수확할 수 있다는 것이 특징이다. 또 내부 유체 거동 및 시뮬레이션 분석을 통해 전기적 성능을 최적화했으며 손의 움직임으로 전류를 발생시키는 휴대용 장치를 설계해 시연했다. 이 교수는 "기존 마찰대전과 달리 물을 이용해 간단한 장치를 통해 전력을 안정적으로 수확, 공급할 수 있다는 것을 증명함으로써 에너지 수확방식과 범위를 확장한 계기가 됐다"며 "앞으로 에너지 부족 문제를 극복하기 위한 연구를 계속 진행할 계획"이라고 밝혔다. 한편 이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단 및 CAU GRS 지원 사업으로 진행됐으며, 국내·국제 특허로 출원됐다. cynical73@fnnews.com 김병덕 기자
2016-10-17 10:52:27【 대전=김원준 기자】 각종 센서나 웨어러블 기기의 자가발전장치로 떠오르고 있는 나노발전기의 기술흐름이 압력을 활용하는 '압전형'기술에서 정전기를 활용하는 '마찰형'기술로 옮겨가고 있다. 나노발전기는 배터리 교체나 외부충전이 필요없는 반영구적 전원장치로, 무선 네트워크 등에 장착되는 각종 센서나 웨어러블 기기를 위한 미래 대체전원으로 기대를 모으고 있다. 9일 특허청에 따르면 나노발전기 관련 특허는 최근 4년여간(2012년~2016년 9월) 총 382건 출원됐으며 이 가운데 '마찰형'은 111건 '압전형'은 243건으로 조사됐다. 출원비중은 압전형이 64%로 높지만 분야별 출원추이는 마찰형의 특허출원이 2012년 0건에서 2015년 42건으로 급증세를 보이고 있다. 반면 압전형은 2012년 78건에서 2015년 39건으로 급감한 것으로 나타났다. 마찰형이 압전형 보다 제작이 상대적으로 쉬울 뿐만 아니라 발전소자의 구조를 제어해 더 큰 출력을 얻을 수 있기 때문으로 풀이된다. 압전형은 압전소자에 미세한 압력을 가해 전기를 발생시키는 압전효과를, 마찰형은 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 정전기 효과를 이용하는 것이다. 특허출원이 급증하고 있는 마찰형 나노발전기의 최근 4년여간(2012년~2016년 9월) 세부 출원 동향을 보면, 학계 출원이 73%로 산업계 출원(9%)을 압도하고 있는 것으로 조사됐다. 이는 현재의 마찰형 나노발전기 기술수준이 바로 상용화가 가능한 단계까지는 도달하지 않았음을 의미하는 것이다. 또 마찰형 나노발전기의 내국인 출원 비중은 96%에 달하며 국내 출원을 기반으로 한 국제 출원 비율은 9%에 불과한 것으로 나타났다. 아울러 마찰면적 증대를 위한 발전소자의 물리적 구조나 배치와 관련된 출원은 90%에 달하는데 비해 발전소자의 소재 자체에 대한 출원은 10%에 그치는 등 원천 연구는 부족한 것으로 분석됐다. 성백문 특허청 전력기술심사과장은 "사물인터넷(IoT)의 발달로 오는 2020년까지 수조(trillions) 개의 센서들이 지구 곳곳에 설치될 것으로 예상되는 만큼 자가발전장치에 대한 수요가 폭증할 것으로 보인다"면서 "이제 우리 산업계도 마찰형 나노발전기의 시장 잠재력에 주목해 적극적인 특허확보 전략을 수립해 나갈 필요가 있다"고 말했다. kwj5797@fnnews.com
2016-10-09 18:09:12【대전=김원준 기자】각종 센서나 웨어러블 기기의 자가발전장치로 떠오르고 있는 나노발전기의 기술흐름이 압력을 활용하는 '압전형'기술에서 정전기를 활용하는 '마찰형'기술로 옮겨가고 있다. 나노발전기는 배터리 교체나 외부충전이 필요없는 반영구적 전원장치로, 무선 네트워크 등에 장착되는 각종 센서나 웨어러블 기기를 위한 미래 대체전원으로 기대를 모으고 있다. 9일 특허청에 따르면 나노발전기 관련 특허는 최근 4년여간(2012년~2016년 9월) 총 382건 출원됐으며 이 가운데 '마찰형'은 111건 '압전형'은 243건으로 조사됐다. 출원비중은 압전형이 64%로 높지만 분야별 출원추이는 마찰형의 특허출원이 2012년 0건에서 2015년 42건으로 급증세를 보이고 있다. 반면 압전형은 2012년 78건에서 2015년 39건으로 급감한 것으로 나타났다. 마찰형이 압전형 보다 제작이 상대적으로 쉬울 뿐만 아니라 발전소자의 구조를 제어해 더 큰 출력을 얻을 수 있기 때문으로 풀이된다. 압전형은 압전소자에 미세한 압력을 가해 전기를 발생시키는 압전효과를, 마찰형은 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 정전기 효과를 이용하는 것이다. 특허출원이 급증하고 있는 마찰형 나노발전기의 최근 4년여간(2012년~2016년 9월) 세부 출원 동향을 보면, 학계 출원이 73%로 산업계 출원(9%)을 압도하고 있는 것으로 조사됐다. 이는 현재의 마찰형 나노발전기 기술수준이 바로 상용화가 가능한 단계까지는 도달하지 않았음을 의미하는 것이다. 또 마찰형 나노발전기의 내국인 출원 비중은 96%에 달하며 국내 출원을 기반으로 한 국제 출원 비율은 9%에 불과한 것으로 나타났다. 아울러 마찰면적 증대를 위한 발전소자의 물리적 구조나 배치와 관련된 출원은 90%에 달하는데 비해 발전소자의 소재 자체에 대한 출원은 10%에 그치는 등 원천 연구는 부족한 것으로 분석됐다. 성백문 특허청 전력기술심사과장은 "사물인터넷(IoT)의 발달로 오는 2020년까지 수조(trillions) 개의 센서들이 지구 곳곳에 설치될 것으로 예상되는 만큼 자가발전장치에 대한 수요가 폭증할 것으로 보인다"면서 "이제 우리 산업계도 마찰형 나노발전기의 시장 잠재력에 주목해 적극적인 특허확보 전략을 수립해 나갈 필요가 있다"고 말했다. kwj5797@fnnews.com 김원준 기자
2016-10-07 13:21:23