KIST 자동차 하중으로 전기를 만든다

국내 연구진이 도로를 주행하는 자동차의 하중으로 전기를 생산할 수 있는 '압전 발전장치'를 개발했다. 앞으로 도로뿐 아니라 다양한 환경에서 자가발전이 가능한 기술이 개발될 전망이다.한국과학기술연구원(KIST)은 전자재료연구단 강종윤 박사 연구팀이 도로 위를 지나가는 자동차의 하중으로부터 전기를 생산이 가능한 친환경적이며, 고내구성과 고출력을 지닌 고분자량 화합물인 폴리머 기반의 '압전 발전장치'를 개발했다고 9일 밝혔다.

기존에 도로를 달리는 차량은 노면의 진동, 변형, 열에너지 등 다양한 에너지를 발생시키지만 대부분 자동차 외부에서 사라져 버려지는 에너지로 취급됐다. 이같이 버려지는 에너지를 전기 에너지로 전환하는 '에너지 하베스팅(Energy Harvesting)' 기술이 최근 신재생 에너지로 주목받고 있다.

에너지 하베스팅 기술 중 하나인 '압전 발전'은 소량에너지만을 생산할 수 있어 저전력 분야에만 응용돼왔다. 압전발전 소재로는 주로 '납'이 사용돼 환경오염은 물론 건강에 유해해 제한적일 수밖에 없었다.

이번에 개발된 압전 발전장치는 납이 들어가지 않았다. 유연 압전 폴리머 소재인 '이소불화비닐(PVDF)'을 사용해 친환경적이다. 또 소재가 바뀌다보니 대용량 발전까지 가능해졌다. 납을 사용하는 국외 발전장치보다 성능과 내구성에서 경쟁력이 높다.연구팀은 이를 위해 도로의 변형을 모델링해 유연 압전 소재와 상관관계를 수학적으로 짚었다. 노면에서 작게 발생하는 미소 변위로도 유연 압전 소재의 높은 변형을 유도할 수 있게 장치를 개발했다. 그 결과 압전 발전장치에서 측정된 최대 전력량은 620.2 메가와트(mW)였다. 이는 국외 압전 발전장치와 비교해 5.3배 높은 출력이다.

이번 기술은 중부내륙고속도로 여주 시험도로에 실제 적용돼 성공적으로 테스트를 마쳤다. 1000만번 이상의 충격에도 전기 생산 저하가 발생하지 않아 내구성이 우수하다는 평이다.

강종윤 KIST 박사는 "축적된 노하우를 바탕으로 도로뿐만이 아닌 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심역할을 수행할 수 있을 것"으로 기대했다.

이번 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지인 '어플라이드 에너지(Applied Energy)' 최신호에 실렸다.


somangchoi@