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중앙대는 기계공학부 이상민 교수 연구팀의 연구 논문이 에너지 분야 세계적 학술지 'Nano Energy'(IF: 17.1, JCR: 상위 5.1%)에 실렸다고 21일 밝혔다.
연구팀은 '연결된 다중 스트립 구조'를 활용해 마찰대전 나노발전기(TENG)'의 정전기 방전 성능을 향상시키는 동시에 더 낮은 풍속에서도 작동하고 소음까지 줄인 차세대 정전 소자를 개발했다. 해당 연구에는 이 교수 지도 아래 전현경 기계공학부 4학년생과 차경환 기계공학과 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다.
마찰대전 나노발전기는 마찰대전 효과와 정전기 유도 원리를 활용해 전기를 생산하는 발전기다. 이 발전기는 간단한 제조 공정과 저비용, 높은 전력밀도 등의 장점으로 미래 휴대형 에너지 소자로 주목받고 있다.
연구팀의 '연결된 다중 스트립 플러터 구조'는 여기서 기존 정전기 유도 방식과는 다른 정전기 방전 현상을 핵심 발전구조로 채택했다. 단일 스트립 형태의 플러터 소자에 칼집을 내 전기장 집중이 가장 강한 모서리에서 정전기 방전이 발생하게끔 설계, 기존 마이크로암페어 수준의 출력 전류를 1암페어 이상으로 향상시켰다. 각 스트립은 독립적으로 움직이지만, 전기적으로는 연결돼 있어 최대 전류 출력이 추가로 증가하는 효과가 나타났다.
그 결과 4m/s의 풍속에서 개방회로전압(VOC) 412.4V, 단락회로전류(ICC) 1.09A를 달성했고, 3000개의 LED를 점등하거나 상용 온습도계를 구동하는 등 높은 에너지 수확이 가능함을 입증했다. 작동 과정에서의 최소 구동 풍속과 작동 소음 역시 감소해 활용성도 높였다.
이 교수는 "이번 연구는 정전기 방전 메커니즘에서의 전기적 성능을 증가시켰을 뿐 아니라 대체에너지로서의 활용성을 증가시킨 중요한 연구"라며 "간단한 내부구조 변경으로 성능 개선을 가져올 수 있어 다양한 응용분야에 대한 추가 연구가 유망해 보인다"고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실과 중견연구사업, 경찰청의 과학적 범죄수사 고도화 기술개발 사업 연구비를 지원받아 이뤄졌다. 이 논문은 'Nano Energy'에 'End-Linked Multistrip-Flutter Triboelectric Nanogenerator for Enhanced Electrostatic Discharge Output and Frequency'라는 제목으로 게재됐다.
