체온으로 전기 만들어 LED 등 켰다

KIST 김진상 박사팀, 고효율 유연 열전모듈 개발
설탕으로 만든 미세구멍으로 열전 성능 끌어올려
기존 유연 열전모듈 대비 20% 이상 성능 향상

한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 김진상 분원장팀이 개발한 고효율 유연 열전모듈(사진 오른쪽)은 유연한 실리콘 화합물 소재(PDMS)를 스펀지 형태로 만들었다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 체온과 외부 온도차를 이용해 전기를 얻을 수 있는 열전모듈을 개발했다. 이 열전모듈은 잘 휘어지도록 만들어 피부 곡선에 맞게 부착해 반영구적으로 인체 부착 전자기기에 사용할 수 있다고 연구진은 설명했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 전북분원 복합소재기술연구소 김진상 분원장팀이 체온을 이용해 반영구적으로 전기를 생산할 수 있는 고효율 유연 열전모듈을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구진은 유연한 실리콘 화합물 소재(PDMS)를 스펀지 형태로 제작해 열 차단 능력을 확보했고 이를 뼈대로 활용해 모듈 성능을 끌어 올렸다.

연구진은 가로세로 1.2㎜이면서 높이가 2.6㎜의 열전반도체 47개 넣은 열전모듈을 총 8개 사용해 피부에 붙여 실험했다.

그결과 1㎠당 12.1㎼의 전력밀도로 40㎷의 전압이 나왔다. 이를 이용해 32개의 LED 등을 30분이상 켤 수 있었다. 이 유연 열전모듈은 기존 유연 열전모듈 대비 20% 이상의 성능을 보였다.

한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 김진상 분원장팀이 고효율 유연 열전모듈을 이용해 LED 등을 30분간 켜는데 성공했다. KIST 제공

김진상 분원장은 "이 정도의 전력이면 팔에 붙이는 심박센서 등도 작동시킬 수 있으며, 전자기기를 사용하지 않을때에는 전력을 배터리나 캐퍼시터에 축전했다가 사용할 수 있다"고 말했다.

열전모듈의 성능은 큰 온도 차이를 형성하는 능력으로 좌우된다. 연구진은 열전반도체를 고정하고 인체와 접촉하는 실리콘 화합물이 외부 공기와 맞닿는 부분까지 체온이 전달되는 것을 최대한 막는데 초점을 뒀다. 열이 전달되는 것을 최대한 낮추기 위해 실리콘 화합물에 미세한 공기구멍을 만들었다.

연구진은 이 미세한 공기구멍을 만들기 위해 설탕을 이용했다. 각설탕 위에 실리콘 화합물 액체를 부어 굳힌 후, 물에 설탕을 녹여 없애 스펀지 형태의 고분자 소재를 제작했다. 원래 설탕이 있던 자리는 미세한 공기 방울로 변해 열 차단 능력이 기존 소재 대비 50% 이상 높아져 열전달을 효과적으로 차단할 수 있게 만든 것이다. 이 기판으로 열전모듈를 지지하는 뼈대로 사용해 유연하면서도 성능을 떨어뜨리지 않는 유연 열전모듈을 만들었다.

김 분원장은 "각설탕에 용액을 부어 굳히기만 하면 되는 값싸고 간단한 공정을 이용해 유연 열전모듈의 효율을 상용 열전모듈 수준으로 끌어올렸다"고 말했다.

또한 그는 "충분한 양의 열전모듈을 활용하면 체온만으로 스마트 밴드 구동도 충분히 가능할 것"이라고 설명했다.

이번 연구 결과는 에너지분야 국제 학술지인 '나노 에너지'의 3월호에 게재됐다.

한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 김진상 분원장팀이 고효율 유연 열전모듈을 개발한 연구결과가 에너지분야 국제 학술지인 '나노 에너지'의 3월호에 게재됐다. KIST 제공

[e-mail] 김만기 기자