개발된 에너지 하베스팅 소자의 연구 결과 모식도/DGIST 제공

DGIST 로봇 및 기계전자공학과 김회준 교수 연구팀이 버려지는 코코넛 껍질 섬유의 셀룰로오스를 활용해 나노 결정을 적용한 압전 에너지 하베스팅 소자를 개발했다.
유해하고 충격에 취약한 단단한 소재가 기존 압전 소재의 주를 이루고 있다는 점에서 실용화 될 경우 유연하면서 친환경적인 제품으로 대체될 수 있다는 기대를 모으고 있다.
연구팀은 단단한 코코넛 껍질의 섬유에서 균일한 결정을 가진 형태로 구성된 셀룰로오스 구조를 관찰했다.
방향성을 지닌 셀룰로오스 나노 결정은 압전성을 지니고 있어 다양한 에너지 또는 자가발전 센서로 활용할 수 있다.
코코넛 껍질의 섬유로부터 고순도의 파우더를 추출하는 공정을 통해 압전 나노파우더를 확보하고 이를 압전 폴리머(PVDF)에 적용해 고효율 압전 에너지 하베스터를 개발했다.
코코넛 파우더-PVDF 복합체의 특성분석을 통해 기존 PVDF보다 우수한 압전성을 확인했다.
이렇게 제작된 에너지 하베스터는 약 16배 높은 출력전압과 12배 높은 출력전류량을 달성했다.
코코넛 섬유 기반 에너지 하베스터는 LED 전구, 전자계산기와 같은 소형 전자기기의 전력원으로 활용이 가능하다.
KF94 마스크에 부착해 이용자의 호흡과 기침 패턴 분석에 활용해 건강의 이상 유무 판단도 가능했다.
연구팀은 “개발한 코코넛 껍질 기반 에너지 하베스터를 이용한 소형 전자기기, 기침 패턴 분석은 외부 전력 없이 개발된 에너지 소자만으로 가능했다”며 “친환경 소재에도 우수한 압전 특성이 존재해 기존 재료의 한계를 뛰어넘을 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다”고 밝혔다.
한편 코코넛 껍질은 수세미와 같은 용도로 비행기 엔진 청소 등에 적용되고 있으나 매년 2억5천만 톤이 버려져 환경오염을 시키고 있다.
연구결과 친환경 에너지 분야 국제 학술지인 ‘Sustainable Materials and Technologies’에 실렸다.

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