한국전기연구원, 고효율 신축 열전소자 연구결과 국제 학술지 게재 음(-)의 푸아송비를 지닌 가스켓을 이용한 부분 공기층 활용…웨어러블 기기 적용 기대 한국전기연구원(KERI) 전기변환소재연구센터 최혜경·윤민주 박사팀이 자연계에 없는 ‘메타물질’을 활용해 열전발전 소자의 신축성과 효율성을 세계 최고 수준으로 높일 수 있는 기술을 개발했다. 일반적으로 힘을 가해 물질을 가로 방향으로 늘리면 세로 방향이 줄어드는 것이 정상이다. 고무공을 누르면 옆으로 납작하게 퍼지고, 고무줄을 당기면 팽팽하게 늘어나는 것과 같다. 이렇게 힘을 받은 수직방향으로 압축·팽창하는 비율을 ‘푸아송비(Poisson's ratio)’라고 한다. 반대로 메타물질은 자연계 물질과 달리 가로 방향으로 늘려도 세로 방향도 함께 늘어나는 인공적으로 설계된 물질이다. 메타물질은 음(Negative)의 푸아송비를 가진다. KERI는 이러한 메타 구조를 지닌 ‘개스킷(gasket)’을 활용해 열전소자의 신축성을 최대 35%까지 높이는 데 성공했다. 열전소자는 양 끝의 온도 차이를 전기에너지로 바꾸는 원리다. 일상생활에서 낭비되는 열을 전력으로 활용할 수 있어 차세대 친환경 에너지 하베스팅 소자로 불린다.
한국전기연구원 배준한 박사, 세계 최초 에너지 하베스팅 기반 ‘무선 통전 알림 기술’ 개발 한국전기연구원(이하 KERI) 기업총괄지원실 배준한 박사가 위험한 고전압 전기설비의 내부 통전 여부를 문을 열지 않고 외부에서 안전하게 확인할 수 있는 ‘에너지 하베스팅 기반 무선 통전 알림 기술’을 개발했다. 국내 배전반의 대부분은 가정용 전압의 약 30~100배인 6.6kV와 22.9kV 전압을 사용하고 있다. 배전 설비의 전기흐름 상태를 확인하기 위해서는 작업자가 직접 문을 열고, 설비 내부 곳곳에 부착된 통전 표시기를 일일이 확인해야 하는데, 이 과정에서 감전 사고가 빈번히 발생하는 등 사고 위험성이 크다. KERI 배준한 박사는 배전반의 문을 개방할 필요 없이 외부에 부착된 모니터로 통전 여부를 확인할 수 있게 만들어주는 기술을 개발했다. 핵심은 버려지는 에너지를 재활용하는 일명 ‘에너지 하베스팅’이다. 전기설비 주변에 누설되는 전계 에너지를 수집 및 변환해 전기를 생산하고, 이를 송신기의 전원으로 활용한다. 송신기는 전기가 흐르는지 여부를 무선 통신으로 수신기에 전달하고, 그 결과가 외부 모니터에 나타난다. 해당 기술의 큰 장점 중 하나는 뛰어난 활용성이다.
[첨단 헬로티] 에너지 하베스팅은 IoT(사물인터넷)가 발전하면서 역할이 더 커질 것으로 보인다. IoT는 수많은 전자제품에 설치된 무선센서가 주기적으로 데이터를 수집해 중앙센터로 보내는 역할을 한다. 건물이나 댐의 안전성을 주기적으로 점검하거나 환경오염 감시, 농작물 관리 등을 할 때 곳곳에 설치한 무선센서가 중앙센터에 정보를 제공해 이상 유무를 확인할 수 있게 해준다. <사진 : 게이티이미지뱅크> IoT 등 스마트시티 기반장치의 핵심역할 기대 IoT에서 넓은 분포에 설치한 온갖 센서에 전선을 연결해 전력을 공급하는 것은 불가능하다. 배터리로 전력을 공급한다고 하더라도 배터리 수명이 다할 경우 일일이 찾아가서 교체하는 것도 시간과 노력이 많이 소요되는 일이다. 이 역할을 에너지 하베스팅이 할 수 있다. 실제로 미국의 마이드(MIDE)사는 유연하면서 잘 깨지지 않는 암전소자를 개발해 무선 센서의 자가 발전장치용도로 상용화하기도 했다. IoT 분야와 함께 에너지 하베스팅의 역할이 기대되는 분야가 스마트워치 등의 웨어러블 기기다. 비교적 전력소모가 적고, 몸에 지닐 수 있어 신체 에너지 하베스팅 등을 통해 전력을 공급할 수 있기 때문이다. 한 전문가는
[첨단 헬로티] 에너지전환기다. 전 세계적으로 기존 화석 연료에서 신재생에너지로 전환하는 노력이 계속되고 있다. 에너지전환이 이뤄지면서 주목받기 시작한 기술이 있다. 바로 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이다. 에너지 하베스팅은 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꿔주는 기술이다. 사람의 열에너지나 조명의 빛에너지, 자동차나 비행기가 움직일 때 발생하는 진동 등을 모두 에너지로 바꿔줄 수 있다. 영국의 시장조사기관인 아이디테크엑스(IDTechEx)는 오는 2020년 세계 에너지 하베스팅 시장규모를 약 43억 7,000만 달러(한화 약 4조 7,294억 원)로 전망했다. <사진 : 게티이미지뱅크> 버려지는 에너지, 다시 쓰자! 스마트폰 없이 살 수 없는 세상이 됐다. 전화도, 문자도, 사진도, 인터넷도, 게임도, 영화 시청도 모두 스마트폰으로 하는 시대가 됐다. 지하철이나 버스를 탔을 때 대부분 사람이 스마트폰을 보고 있고, 주변만 보아도 스마트폰 없이 못 사는 사람들을 쉽게 찾아볼 수 있다. 그런데 문제가 있다. 배터리다. 과거에는 여분용 배터리가 있어 교체하면 됐지만, 지금은 스마트폰에 장착된 배터리가 한 개라 교체도 힘들다. 그렇
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