국내 연구진이 체온에서 나오는 열로 전기를 만드는 소자를 개발했다.

15일 한국전자통신연구원(ETRI)은 사람 체온만을 활용해 팔목에 밴드형 파스처럼 붙여 에너지를 얻는 열전 복합 모듈을 구현했다고 밝혔다.

열전 복합 모듈은 온도 차가 있는 소재에서 전기가 발생하는 열전효과를 활용해 체온 열에너지를 전기로 변환하는 장치다.

▲ 체온을 기반으로 전원을 공급하는 착용형 열전소자를 피부에 붙여 LED 불을 켠 모습

마치 사람 피부의 땀샘처럼 체온을 발산하고 흡수하는 기술이 들어갔다.

가로 5㎝·세로 11㎝ 크기 파스 형태의 구조체를 피부에 붙였을 때 피부와 구조체 간 온도 차이가 발생하는데, 이를 땀샘 같은 형태로 만들어 에너지 효율을 극대화했다.

낮은 전압에서도 효율을 80％ 이상 유지하면서 충전 가능한 전압으로 키우는 회로 기술도 접목했다.

▲ 손목에 3개의 복합모듈 패치를 붙여 전압을 측정한 모습

연구진은 소자 출력을 기존 미국에서 발표된 20㎼/㎠보다 약 1.5배 이상 높였다.

여기에 더해 소자 6개를 묶어 모듈화할 경우 출력은 최대 2∼3㎽까지 키울 수 있다.

바로 상용화 할 수 있는 수준이다.

일회용으로 쓰고 버리지 않고, 지속해서 에너지를 수확하는 것도 가능하다는 뜻이다.

▲ 체온을 통해 얻은 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 낮은 전압을 증폭시켜주는 전력관리 회로

체온이나 맥박 센서 등과 결합한 형태의 소자에서 무한 전원으로 활용할 수 있다면, 영·유아나 환자 무선 체온 측정 또는 반려동물 위치 모니터링 등에 도움이 될 것으로 연구진은 보고 있다.

연구진은 모듈이 피부와 자연스럽게 붙을 수 있도록 건식 접착 방식을 기술에 적용했다.

모듈 바깥쪽은 쉽게 찢어지지 않도록 마이크로 계층을 사용했다.

연구진이 성인 손목에 패치 6개를 붙여 전압을 증폭시켰더니 'ETRI'라는 알파벳 대문자 발광다이오드(LED) 불이 켜졌다.

▲ 왼쪽 위부터 시계 방향으로 ETRI 임종필 선임 연구원, 임솔이 연구원, 전은비 연구원, 김정훈 선임 연구원, 문승언 ICT소재연구그룹장, 이재우 책임 연구원

연구진은 불편 제거, 심미감, 움직이는 상황에서의 특성 고려, 전력관리 회로 개선 등 추가 연구를 진행할 예정이다.

ETRI 문승언 ICT소재연구그룹장은 "시스템이 완성되면 웨어러블 소자나 사물인터넷 기기 전원, 하드웨어 플랫폼 등에 폭넓게 쓰일 것"이라며 "디지털 헬스케어, 스마트 홈·시티 등 신개념 서비스도 앞당길 것으로 보고 있다"고 말했다.

이번 과제를 통해 연구진은 과학기술논문인용색인(SCI)급 논문 15편 제출, 국내·외 특허 15건 출원, 기술이전 등 성과를 거뒀다.

이번 기술은 과학기술정보통신부 선정 2018년도 국가연구개발 우수 성과(기계 소재 분야) 최우수에 뽑혔다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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