국내 연구진이 체온을 이용해 전기를 생산하는 얇고 유연한 웨어러블 발전 기술을 개발했다.
서울대학교 공과대학은 18일 전기·정보공학부 곽정훈 교수 연구팀이 '유사 횡방향 열전 발전기'를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 이날 게재됐다.
열전 발전기는 온도 차를 전기로 바꾸는 기술로, 배터리 없이 전력을 공급할 수 있어 웨어러블 기기의 차세대 에너지원으로 주목받는다. 특히 필름 형태는 가볍고 유연해 피부나 옷에 부착하기 좋다.
하지만 얇은 구조 탓에 피부에 붙이면 체온이 필름을 그대로 통과해 공기 중으로 사라져 전기 생산에 필요한 온도 차가 거의 생기지 않는 한계가 있었다.
연구팀은 열의 흐름을 근본적으로 바꾸는 방식으로 이 문제를 해결했다. 신축성 있는 실리콘 기판의 특정 부분에만 열전도성이 높은 구리 나노입자를 주입해, 하나의 기판 안에 열전도도가 높은 영역과 낮은 영역을 동시에 구현했다.
이 '이중 열전도도 기판'의 경계면에 열전 반도체를 배치하면, 피부의 열이 수직으로 빠져나가지 않고 열전도도가 높은 영역을 따라 수평으로 흐른다. 이 과정에서 기판 표면에 상대적으로 따뜻한 곳과 차가운 곳이 형성돼 얇은 필름 구조에서도 전기를 생산할 수 있는 온도 차가 만들어진다.
연구팀이 개발한 발전기는 구부리거나 변형하지 않아도 평평한 상태에서 체온을 전기로 바꿀 수 있다. 잉크 기반 인쇄 공정으로 제작돼 유연성이 높고, 모듈 블록처럼 크기와 모양을 자유롭게 설계하고 확장할 수 있다.
이 기술은 향후 스마트 의류, 건강 모니터링 센서 등 다양한 웨어러블 기기의 자가 전력 기술로 활용될 전망이다.
곽정훈 교수는 "기존 얇은 웨어러블 열전 발전기의 한계를 열 흐름을 제어하는 새로운 구조로 해결한 연구"라며 "완전한 평면 구조를 유지하면서 온도 차를 생성할 수 있는 새로운 열전 플랫폼을 제시했다는 데 의의가 있다"고 말했다.