고려대 "배터리 없이 IoT 센서 구동 가능"…버려지는 자기장 활용 기술 개발

복합소재 기반 '자기-기계-마찰 에너지 하베스터'

'어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials(IF 24.4)' 게재

고려대 신소재공학부 송현철 교수(왼쪽, 교신저자), 한국과학기술원(KIST) 김현수 박사(제1저자). (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 고려대는 신소재공학부 송현철 교수 연구팀이 전력선 주변에 형성되는 저강도 자기장을 활용해 전력을 생산하고, 이를 통해 배터리 없이 블루투스 센서를 실시간 구동할 수 있는 신기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

연구팀은 자기장을 기계적 진동으로 전환하고, 이를 다시 전기에너지로 변환할 수 있는 새로운 개념의 복합소재 기반 '자기-기계-마찰(Magneto-Mechano-Triboelectric, MMTe) 에너지 하베스터'를 개발했다.

특히 자기장에 반응해 형태가 변하는 '준고체 자기유변 복합필름'을 개발해 기존 희토류 기반 소재가 가진 높은 비용과 부식 문제를 해결했다.

해당 필름은 4 오에르스테드(Oe) 수준의 매우 약한 자기장에서도 약 1밀리미터(mm)의 굽힘 변형을 유도해 안정적인 전력 생산이 가능하다.

실제로 모듈 하나당 3.57 밀리와트(mW), 네 개의 모듈을 연결할 경우 최대 14.28 밀리와트(mW)까지 출력할 수 있다. 이를 통해 블루투스 기반 IoT 센서를 배터리 없이 실시간으로 구동하는 데 성공했다.

(a)에너지 하베스터 구조 (b)에너지 하베스터 마찰발전 동작원리 (c)준고체 자기유변 복합필름 (d)이황화몰리브덴-이산화규소 마찰대전 소재 이미지. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

또한 연구팀은 마찰전기 성능 향상을 위해 이황화몰리브덴-이산화규소(MoS₂-SiO₂) 코어–셸 나노입자와 사마륨(Sm)이 도핑된 강유전체 물질 PMN-PT를 필름에 적용했다.

이를 통해 고습 환경에서도 전하 손실 없이 안정적인 에너지 수확이 가능했으며, 실제 전력선 주변 자기장을 활용해 무선 데이터 전송이 가능한 IoT 센서 시스템을 구현했다.

송 교수는 "이번 연구는 일상에서 버려지던 자기장으로 전력을 생산하고, 이를 바탕으로 저전력 IoT 기기를 구동할 수 있음을 실증한 것"이라고 설명했다.


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