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압력, 마찰, 열로 전기 생산하는 ‘웨어러블 자가발전 기술’
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압력, 마찰, 열로 전기 생산하는 ‘웨어러블 자가발전 기술’
2021. 3. 24. 13:53
사람이 1초에 3~4걸음 걷게 되면 스마트폰의 평균 대기전력인 20~25mW보다 높은 30mW 전력을 얻을 수 있다고 합니다. 별도 충전없이 평소 신체 활동만으로 스마트 기기를 구동할 수 있는 셈입니다. 웨어러블 스마트 디바이스 발전에 따라 웨어러블 자가발전 기술에 대한 관심도 높아지고 있는데요. 오늘은 조금은 생소하지만 앞으로 미래 산업 발전에 없어서는 안될 웨어러블 자가발전에 대해 알아보기로 하겠습니다.
에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 태양광, 진동, 열, 풍력 등 자연적으로 발생하는 에너지를 전기에너지로 전환시켜 수확하여 축적한 후 사용하는 기술을 의미합니다. 에너지 원료의 고갈과 환경 오염문제로 인해 지속가능한 친환경 에너지 확보가 중요한 이슈로 떠오르고 있어 에너지 하베스팅 기술도 미래 산업 발전에 큰 영향을 끼칠 것으로 내다보고 있습니다.
특히 다양한 웨어어블 기기가 출시되면서 인체 내부에 삽입되는 전자기기를 구동시키기 위해 자가발전이 가능한 웨어러블 에너지 하베스팅 기술이 차세대 기술로 각광받고 있습니다.
웨어러블 자가발전은 신체활동을 통해 얻어지는 움직임을 전력으로 바꾸고, 이를 에너지원으로 기기를 작동하는 기술입니다. 사람의 체온, 움직임을 이용해 전기에너지를 만들거나 주변의 전자기파를 흡수해 전기에너지를 만듭니다. 웨어러블 자가발전은 특별한 활동을 하지 않고도 웨어러블 기기를 구동할 수 있는 전력을 생산한다는 점에서 주목받고 있습니다.
웨어러블 자가발전 소재는 크게 압력을 전기로 바꿔주는 ‘압전소재’와 마찰을 전기로 바꿔주는 ‘마찰소재, 열을 전기로 바꾸는 ‘열전소재’ 3가지가 있습니다.
압력을 전기로 바꾸는 #압전소재
압전발전(Piezoelectric)은 사람이 걸을 때 생기는 압력, 표면이 구부러지거나 휘어질 때 발생하는 압력, 혹은 심장박동 등의 작은 진동도 에너지 발전이 가능하게 하는 기술입니다. 압전소재는 여러 물질을 섞어 만드는 복합소재가 일반적인데요, 압력을 받으면 전기를 스스로 생산해내는 특성인 압전 특성을 가진 물질과 탄성을 가진 고분자 물질이 섞여 구부러지거나 휘어지면서도 전기 수확이 가능하도록 합니다.
마찰을 전기로 바꾸는 #마찰소재
마찰발전(Triboelectric)은 물질의 마찰에 의해 접촉표면에 발생한 전기를 모아 에너지로 만드는 기술입니다. 서로 다른 두 물질을 마찰시키면 대부분 마찰전기, 즉 정전기가 발생하지만 에너지 하베스팅 관점에서 봤을 때, 동일한 기계적 에너지에서 보다 많은 전기를 생산할 수 있는 소재의 발굴 및 조합이 매우 중요합니다.
열을 전기로 바꾸는 #열전소재
체온으로 전기만드는 웨어러블 열전소재 ( 출처 :  한국과학기술연구원 )
인체의 열을 이용해 에너지를 생산하는 열전발전(Thermoelectric)은 인체처럼 모양이 일정하지 않고 움직임이 많은 표면에서 최대한의 열에너지를 흡수해야 하기 때문에 열전소재는 전기전도도가 높고 유연성이 높아야 합니다.
새로운 자원을 소비하지 않고도 우리가 일상 생활을 하는 것만으로도 에너지를 생산할 수 있다면 적은 비용으로 환경을 훼손시키지 않아도 됩니다. 이 때문에 웨어러블 자가발전에 대한 기술개발을 위해 전세계 연구원들이 집중하고 있습니다. 무엇보다 모바일 및 웨어러블 기기를 구동하기 위한 충분한 에너지를 만들어낼 수 있는 소재개발에 노력하고 있습니다.
언젠가는 거대한 발전소를 짓지 않아도 우리 스스로가 에너지를 만들어 낼 수 있는 날이 오기를 기대해봅니다.
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