경상국립대학교 융합기술공과대학 메카트로닉스공학부 조대현 교수는 비 오는 날에도 발전 가능한 하이브리드 마찰전기/태양광 소자 개발에 성공했다.

이번 연구는 성균관대학교 기계공학부 변도영 교수팀, 부산대학교 재료공학부 이승기 교수팀과 공동연구로 이뤄졌다.

연구 결과는 융합과학 분야 세계적 학술지 <나노에너지(Nano Energy)>(IF 17.881, JCR 상위 4.80%) 최신호(95 (2022) 107049)에 게재되었다.

논문 제목은 '전기수력학적 잉크제트 프린팅 은 나노입자 전극을 이용한 빗방울 에너지 기반의 투명 마찰전기 나노발전기'(Electrohydrodynamic jet printed silver-grid electrode for transparent raindrop energy-based triboelectric nanogenerator)이다.

신재생 에너지 시대를 맞아 태양광은 중요한 미래 에너지로 급부상했고, 최근 수년 동안 태양광 소자의 발전 효율은 급격히 높아지고 있다. 그러나 에너지 공급은 연중 날씨에 상관없이 안정적으로 이루어져야 하는데, 이러한 관점에서 장마철이 뚜렷한 한국의 경우 태양광 발전은 해결해야 할 과제를 안고 있다.

마찰전기 나노발전기는 두 물질이 반복적으로 접촉과 분리될 때 발생하는 대전과 정전기 유도현상을 이용하여 에너지를 수확한다. 이러한 원리는 액체와 고체 사이의 접촉 및 분리에도 적용되어, 빗물을 이용한 마찰전기 나노발전기 개발이 가능하다.

이에 많은 과학자가 빗물을 이용한 마찰전기 나노발전기와 태양광 소자의 하이브리드 발전 시스템 개발에 노력을 기울이고 있다.

하이브리드 발전 시스템에서 마찰전기 나노발전기는 태양광 소자 위에 적층해야 하므로, 태양광 소자의 효율을 유지하고자 반드시 투명해야 한다.

조 교수팀은 전기수력학적 잉크제트 프린팅 기술과 은 나노입자를 활용하여 투명 전극을 제조하고 이를 투명 마찰전기 발전기에 적용하여 뛰어난 성능의 마찰전기 나노발전기 개발에 성공하였다. 성능 향상의 원인이 전극의 높은 전도도와 마찰전기소자 대전체와의 효과적인 에너지 장벽 형성에 있음을 학계에 보고하였으며, 태양광 소자 효율 유지를 위한 투명도 역시 세계 최고 수준임을 확인하였다.

논문 제1저자인 임부시 연구원(성균관대학교 기계공학과 석박사통합과정)은 2019년 2월 경상국립대학교 메카트로닉스공학과를 졸업한 동문이다. 임 연구원은 잉크제트 프린팅 기술을 응용한 에너지 소자 개발에 관한 연구를 조 교수와 계속 수행 중이며, 이를 위해 계속 노력해 나가겠다는 포부를 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 과학기술분야 기초연구사업 우수신진연구 및 중견연구 전략과제의 지원으로 수행했다.