물방울로 전력 생산하는 하이브리드 발전기 개발

경희대·한국기술교육대 연구팀 "기존 대비 발전량 30% 향상"

마치 트램펄린처럼 탄성이 있는 표면에 물방울을 떨어뜨려 기존 물방울 기반 발전기 효율을 획기적으로 높이는 하이브리드 발전기가 개발됐다.

한국연구재단은 경희대 최동휘 교수 연구팀이 한국기술교육대학교 박성제 교수, 라문우 교수와 함께 압축 좌굴 현상에 기반한 4차원 프린팅 공정 기술을 새롭게 제안, 이 공정을 활용해 떨어지는 물방울로부터 전기를 생산할 수 있는 물방울 기반 하이브리드 발전기를 개발했다고 6일 밝혔다.

물방울 기반 발전기는 물방울과 고체 재료가 접촉하면서 발생하는 정전기를 활용해 전기 에너지를 생산하는 소자다.

떨어지는 물방울은 자연환경에 존재하는 역학적 에너지원 중 하나로 이를 활용한 에너지 수확 기술은 2020년 처음 제안된 후 소형 전자기기의 분산형 전력원 등으로 활용 가능성이 높아 전기 에너지 생산량을 높이기 위한 연구가 활발하다.

연구팀은 기존 물방울 기반 발전기가 적용한 딱딱한 고체 표면 충돌 방식에서 벗어나, 탄성을 갖는 구조를 채택해 낭비되는 에너지까지 회수하는 실마리를 찾았다.

떨어지는 물방울이 고체 표면과 충돌하면서 낭비되는 에너지를 소자 내 탄성에너지 형태로 변환, 저장된 탄성에너지가 추가로 전기를 생산할 수 있는 '물방울 기반 하이브리드 발전기'를 처음으로 개발했다.

이 발전기는 압축을 받을 때 휘어지는 현상으로 널리 알려진 '압축 좌굴' 현상에 기반한 4차원 프린팅 공정을 통해 제작됐다.

이렇게 제작된 소자는 통통 튀는 탄성 구조를 띠어 물방울의 역학적 에너지 일부를 소자 내 탄성에너지 형태로 변환하고, 이를 추가로 수확해 기존 발전기 대비 약 30% 향상된 에너지 생산량을 보였다.

연구팀은 약 1만 개의 물방울을 반복 활용해 소자 성능을 검증하고, 안정성과 내구성까지 입증했다고 설명했다.

이번 연구 성과는 재료공학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 지난달 28일 표지 논문으로 게재됐다.

/연합뉴스