깃발의 펄럭임을 이용해 전기를 생산하는 기계 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

전남대학교는 공과대학 고분자 융합소재공학부 박종진 교수가 참여한 연구팀이 깃발의 펄럭거리는 운동에 ‘마찰 대전’의 원리를 적용해 전력을 생산하는 에너지 하베스팅 시스템을 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 교육부의 글로벌프론티어 및 중견도약연구사업의 지원을 받아 진행됐으며 서울대 기계항공공학부 김호영 교수, 삼성전자 배지현 박사, 서울대 대학원 이정수 박사과정생 등이 함께 참여했다. 연구 결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 9월23일자에 게재됐다.

이번에 개발한 에너지 하베스팅 시스템은 ‘마찰 대전’ 효과를 이용해 작은 규모에서도 높은 전압을 쉽게 얻을 수 있도록 설계됐다. 또 부가적인 전자, 기계 시스템 없이 직물과 판 하나만을 이용하기 때문에 비용이 매우 저렴하고, 소음이나 환경오염의 우려가 없다는 게 강점이다.

금(Au)으로 코팅된 전도성 직물을 깃발로 만들고, 깃발 근처에 전자 친화도가 높은 필름을 부착한 판을 설치한 뒤 깃발이 바람에 의해 펄럭이며 평행으로 설치된 판에 주기적으로 접촉하면서 마찰 대전에 의해 맴돌이 전류가 발생하는 원리다. 이 맴돌이 전류를 축전기, 소형 배터리 등 전기 축전 장비에 연결시키면 전기 에너지가 저장된다는 게 연구진의 설명이다.

이러한 시스템은 작은 크기로도 전력 생산이 가능하며, 여러 개의 깃발을 설치하면 규모가 큰 발전 시스템으로 응용할 수 있다. 또 고속으로 달리는 차의 외벽이나 풍향계에도 설치할 수 있어 실용성이 높은 것으로 평가된다.
연구진은 “무선(wireless), 이동 가능(portable), 착용 가능(wearable) 전자장비와 사물인터넷이 화두로 떠오르며 독립된 전자장비에 전기 에너지를 공급하는 시스템 개발 또한 주목받고 있다”면서 “우리 주위의 가장 풍부한 에너지원인 바람과, 친숙한 소재인 깃발을 이용해 응용 가능성이 높은 전력 시스템을 고안한 것”이라고 연구 취지를 소개했다.

박 교수는 “이번에 개발한 에너지 하베스팅 시스템에 효율이 높은 축전 회로를 접목한다면 센서 네트워크, 마이크로 전자장비 등에 바로 적용이 가능할 것으로 예상된다”며, “깃발의 소재나 펄럭거리는 방식 등을 다양화해 전기 생산 효율을 증대시키는 연구를 향후 진행할 계획”이라고 전했다.

광주광역/정용균 기자