영남대 류정호 교수팀 연구결과, '에너지와 환경 과학' 표지 논문
(서울=연합뉴스) 임화섭 기자 = 전력선이나 전자기기 주변의 '자기장 노이즈'에서 에너지를 뽑아내서 전력으로 전환하는 기술이 개발됐다. 사물인터넷(IoT)용 센서를 구동할 수 있는 정도 수준이어서, 앞으로 '배터리 없는 IoT 기기'를 만드는 데 쓰일 수 있다.
5일 과학기술정보통신부에 따르면 영남대 류정호 교수 등은 이런 내용을 포함한 연구 결과를 에너지·환경 분야 학술지 'Energy & Environmental Science'(에너지와 환경 과학) 4월호 전면 표지논문으로 실었다.
이번 연구는 전류가 흐르는 도체 주변에는 자기장이 생기기 때문에 전력선이나 전자기기 근처에서는 항상 전자기적 노이즈가 발생한다는 점을 이용한 것이다.
연구팀은 '자왜소재'인 갈륨-철 합금과, '압전소재'를 결합해 일상의 자기장 변화를 전기에너지로 변환시키는 기술을 개발했다.
자기장 노이즈 에너지 변환 소자 개념도(서울=연합뉴스) 임화섭 기자 = 학술지 『Energy & Environmental Science』 4월호에 전면 표지 그림으로 실린 에너지 변환 소자의 개념도. 영남대 류정호 교수 등이 개발한 이 소자는 자기장에 의해 변형이 일어나는 '자왜 금속 소재'(아래쪽)와 변형에 의해 전기에너지가 발생하는 '압전 소재'(윗쪽)가 결합해 일상의 자기장 노이즈를 전기에너지로 변환시킨다. 2018.4.5. [과학기술정보통신부 제공]
solatido@yna.co.kr
자왜 소재는 자기장 변화에 따라 변형이 발생하거나, 또는 압력을 주면 자기적 특성이 변화하는 소재를, 압전 소재는 압력이 가해졌을 때 전압이 발생하거나, 전압을 가하면 변형이 발생하는 소재를 각각 가리킨다.
연구진은 압전소재와 자왜금속소재의 결정이 어떤 방향으로 배치되어 있느냐에 따라 그 특성이 달라지는 원리를 활용해 자기장에 가장 민감하게 변화하는 결정방향으로 두 소재를 제작하고, 이 두 소재를 결합해 에너지 변환 효율을 최대화한 소자를 설계했다.
여기에는 두 가지 이상의 소재 사이에 생기는 경계면(인터페이스)에 새로운 기능을 부여해 다양한 특성을 부가하는 '하이브리드 인터페이스 결합' 기술이 적용됐다.
연구팀은 이를 통해 IoT 무선 센서를 배터리 없이 지속적으로 구동하기에 충분한 수준인 mW(밀리와트) 이상의 직류 전력을 발생시키는데 성공했다.
자기장 에너지 변환
하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단 김광호 단장과 류정호 교수 등은 관련 기술에 대해 국내, 미국, 유럽, 일본, 중국에 특허권리를 확보했다.
류 교수는 "지금까지 배터리를 사용해서 동작시키던 무선 센서 네트워크를 배터리 없이 반영구적으로 구동할 수 있을 수준에 도달했기 때문에, 미래 4차 산업혁명용 무선 센서 네트워크의 자율 독립전원으로 광범위한 활용이 기대된다"고 강조했다.
특히 송전·수전·배전에 이르는 고압 전력 시스템의 구조 건전성을 진단하는 무선 센서 IoT 네트워크에는 이 기술에 기반한 자율 독립 전원을 곧바로 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 따라 약 3천500억원 규모의 시장이 형성될 것으로 과기정통부는 전망했다.
또 수송기기, 스마트 건물, 전력 인프라등의 실시간 진단에도 이 기술이 쓰일 수 있다.
이 연구는 과기정통부 글로벌프런티어사업을 중심으로 창의형 융합연구사업과 재료연구소 주요사업의 지원을 함께 받아 수행됐다.
solatido@yna.co.kr
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