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재료연, 미세 자기장 이용 발전 소자 특성 극대화 성공

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등록 2016-12-22 10:05:49
【창원=뉴시스】홍정명 기자 = 전선 주변에 기생하는 미세 자기장을 전기에너지로 변환해 스마트폰 충전 등 저(低)전력 전자기기의 전원으로 활용할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

 경남 창원에 있는 재료연구소(소장 김해두)는 재료연구소 분말·세라믹연구본부 류정호 박사팀과 한국표준과학연구원 산업측정표준본부 김미소 박사팀, 인하대학교 신소재공학과 정대용 교수팀으로 이뤄진 공동연구팀이 '미세 자기장 이용 발전 소자 특성 극대화'에 성공했다고 22일 밝혔다.

 자기장의 변화에 따라 변형을 일으키는 자왜(Magnetostriction) 소재와 변형에 따라 전기적인 에너지를 발생시키는 압전(Piezoelectric) 소재를 결합해 새로운 개념의 스마트 복합 소재를 개발한 것이다.

 재료연구소에 따르면 그동안 학계에서는 압전 소재로 만들어진 에너지 하베스팅 소자의 출력 향상을 위해 압전 상수를 높이는 연구에만 주목했다.

 이에 반해 공동연구팀은 압전 상수와 더불어 소재에서 발생하는 손실을 줄이는 것에 중점을 두고 연구한 끝에 매우 미세한 자기장 잡신호까지도 전기에너지로 변환시키는 데 성공했다.

 전기가 흐르는 전선 주변에는 감지할 수 없을 정도로 매우 미세한 자기장 잡신호가 발생하는데, 이런 미세한 자기장 잡신호를 전자기 유도 현상을 이용해 활용 가능한 수준의 전기에너지로 변환시키기 위해서는 수만 회가 감긴 전선 코일과 자성재료 코어를 사용해야 한다.

 이는 무게가 수㎏에 달해 무거울 뿐만 아니라 활용 가능한 전기에너지를 얻는다 해도 충분한 수준의 양을 얻기는 어렵다.

 하지만 공동연구팀은 지난해 재료연구소에서 원천 기술로 개발된 자기-전기 결합 스마트 복합재료의 소재 특성을 더욱 향상해 같은 크기의 에너지 하베스팅 소자에서도 2배 이상의 전기에너지 수확을 가능케 함으로써 에너지 하베스팅 기술의 실용화 가능성을 더욱 높였다.

 현재 대부분의 무선 센서 네트워크는 배터리를 사용하기 때문에 주기적으로 배터리를 교체해야 하는 등 사용 시간에 제약이 따른다.

 그렇지만 이번 재료연구소 공동연구팀이 개발한 기술은 자기장이 존재하는 환경에서 사물인터넷 무선 센서 네트워크의 영구 독립전원으로 활용 가능할 뿐 아니라 소형 전자기기의 무선 전력 충전 기술로도 활용 가능성이 크다.

 사물인터넷 기술은 유망한 미래 신성장 동력 분야이자 창조융합의 핵심으로 주목된다.

 국내 사물인터넷 시장 규모는 연평균 29.2%가 증가하고 있으며, 2020년에는 22조8000억원대를 웃돌 것으로 전망되고 있다.

 연구책임자인 류정호 재료연구소 책임연구원은 "현재 본 연구의 기술 수준은 일상에서 노출되는 자기장 잡신호를 에너지 하베스팅해 저전력 전자기기나 사물인터넷 센서 네트워크 등을 구동할 수 있는 수준이지만, 기술을 심화 발전시키면 소형 드론 등 무인 항공기의 체공 시간을 늘려줄 수 있는 보조 전력 공급원으로도 발전할 수 있을 것"이라고 말했다.

 한편 공동연구팀의 이번 연구 성과는 재료연구소와 한국표준과학연구원, 인하대학교가 각각 보유한 특화 기술을 융합해 나온 결과로서 에너지 소재 분야의 세계적 학술지인 어드밴스드 에너지 머테리얼즈에 이달 21일 발표됐다.

 또 재료연구소는 이 원천 기술에 대해 국내 및 미국 특허등록을 마쳤으며, 심화기술로 국내외 6건의 특허가 등록 진행 중이라고 밝혔다.

 hjm@newsis.com
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