KPI뉴스 - UNIST "사람 체열로 LED 불 켜는 '필름 발전기' 개발"

  • 맑음영월13.8℃
  • 맑음순창군15.7℃
  • 맑음강화16.5℃
  • 맑음상주17.2℃
  • 맑음밀양15.5℃
  • 맑음대구17.2℃
  • 맑음산청14.0℃
  • 맑음광주18.6℃
  • 맑음영덕12.0℃
  • 맑음동두천17.7℃
  • 맑음원주18.4℃
  • 맑음북창원15.3℃
  • 맑음서청주16.8℃
  • 맑음봉화10.5℃
  • 맑음부안15.5℃
  • 맑음부여16.1℃
  • 맑음군산15.4℃
  • 맑음영주14.2℃
  • 맑음의성12.8℃
  • 맑음부산16.4℃
  • 맑음영광군15.0℃
  • 맑음이천19.3℃
  • 맑음고창군14.6℃
  • 맑음양산시13.5℃
  • 맑음여수16.4℃
  • 맑음장수13.3℃
  • 맑음천안16.2℃
  • 맑음파주15.3℃
  • 맑음문경14.3℃
  • 맑음함양군12.8℃
  • 맑음성산16.0℃
  • 맑음고창14.9℃
  • 맑음세종16.6℃
  • 맑음경주시11.8℃
  • 맑음전주17.8℃
  • 맑음북부산12.6℃
  • 맑음임실14.2℃
  • 맑음인천17.7℃
  • 맑음보은14.7℃
  • 맑음보성군13.7℃
  • 맑음강진군14.6℃
  • 맑음춘천17.0℃
  • 맑음홍성16.8℃
  • 맑음의령군11.9℃
  • 맑음구미17.2℃
  • 맑음목포16.2℃
  • 맑음서산14.9℃
  • 맑음제주17.1℃
  • 맑음울진16.5℃
  • 맑음제천12.6℃
  • 맑음창원14.5℃
  • 맑음거창13.6℃
  • 맑음철원17.6℃
  • 맑음남해15.0℃
  • 맑음거제12.6℃
  • 맑음해남13.1℃
  • 맑음동해17.4℃
  • 맑음태백11.3℃
  • 맑음수원16.4℃
  • 맑음충주15.8℃
  • 맑음금산15.7℃
  • 맑음고흥11.4℃
  • 맑음울릉도15.7℃
  • 맑음북강릉17.9℃
  • 맑음울산13.3℃
  • 맑음순천11.1℃
  • 맑음장흥12.8℃
  • 맑음흑산도15.7℃
  • 맑음대관령10.8℃
  • 맑음강릉20.9℃
  • 맑음통영14.4℃
  • 맑음남원15.7℃
  • 맑음인제15.0℃
  • 맑음속초16.7℃
  • 맑음김해시15.1℃
  • 맑음안동16.3℃
  • 맑음광양시16.0℃
  • 맑음백령도16.3℃
  • 맑음홍천17.0℃
  • 맑음정읍15.7℃
  • 맑음양평18.3℃
  • 맑음서귀포17.9℃
  • 맑음서울20.2℃
  • 맑음추풍령18.2℃
  • 맑음북춘천16.8℃
  • 맑음진주11.5℃
  • 맑음고산16.9℃
  • 맑음영천12.9℃
  • 맑음정선군13.0℃
  • 맑음합천14.8℃
  • 맑음완도15.3℃
  • 맑음진도군13.3℃
  • 맑음청송군10.9℃
  • 맑음청주20.6℃
  • 맑음보령15.7℃
  • 맑음포항16.2℃
  • 맑음대전18.4℃

UNIST "사람 체열로 LED 불 켜는 '필름 발전기' 개발"

최재호 기자
기사승인 : 2025-11-13 09:05:55
장성연 연구팀, 고성능 이온 열전소재 보편적 설계원리 제시

사람 체온과 공기 간의 미세한 온도 차인 단 1.5도의 온도 차만으로도 LED 전구를 켤 수 있는 필름 발전기가 울산과학기술원 연구팀에 의해 개발됐다.

 

▲ 왼쪽부터 장성연 교수, 김동후 연구원

 

유니스트(UNIST)는 에너지화학공학과 장성연 교수팀이 세계 최고 성능의 유연 p형·n형 이온 열전 소재를 동시에 개발했다고 13일 밝혔다.


열전소재는 소재 내·외부의 온도차로 전기를 만들 수 있는 일종의 발전기와 같은 소재다. 그중 '이온' 열전소재는 이온이 움직여 전기를 만든다. p형 소재는 양이온이, n형 소재는 음이온이 움직이는 형태다. 온도차가 발생하면 이온이 차가운 쪽으로 쏠리면서 전압이 발생하고 전류가 흐르게 된다.


이번에 개발된 소재의 열전 성능지수(ZTi)는 p형 49.5, n형 32.2로, 이는 현재까지 보고된 이온 열전 소재 중 가장 높은 기록이다. 기존 최고 기록보다도 70% 향상된 수치다. 열전 성능 지수가 높을수록 온도차가 크지 않더라도 전기를 잘 만들 수 있다.


p형 소재는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS 복합체를 기반으로 하며, n형 소재는 p형 소재에 염화구리(CuCl)가 첨가된 형태다. P형 소재에서는 양이온인 수소 이온이, n형 소재는 음이온인 염화 이온이 움직여 전기를 만든다. 또 이 두 소재 모두 가볍고 유연한 고분자 기반이라 필름 형태로 발전기를 만들 수 있다.


실제 이 p형 소재와 n형 소재 10쌍을 직렬 연결해 만든 필름 형태 발전 모듈은 1도 온도차 발생할 때마다 1.03V의 높은 전압을 만들어 냈으며, 1.5도 낮은 온도 차이만으로 LED 전구의 불을 켰다. 실내 환경에서 2개월 이상 95% 이상 성능을 유지해 우수한 장기 안정성도 입증했다.


연구팀은 소재 내 이온의 농도와 이온 확산 계수 간 균형점을 찾는 열역학적 설계 방식을 통해 이 같은 소재를 개발할 수 있었다고 설명했다. 열전소재는 이온 농도가 높고 이동 속도가 빠를수록 발전 효율이 높지만, 이온이 너무 많으면 오히려 흐름을 방해받는 문제가 있다. 

 

연구팀은 이온 농도를 결정하는 첨가물(염화구리 등)의 농도와 확산 계수를 좌우하는 소재 내부 구조(고분자 응집도) 등을 체계적으로 분석해 전체 전력밀도가 최대가 되는 지점을 찾아냈다.


제1 저자인 김동후 연구원은 "이온 열전 소재는 그간 체계적인 설계 지침이 부족해서 잠재 성능을 최대한 끌어내기 힘들었는데, 이번 연구는 이러한 설계 원리를 제시한 연구"라고 설명했다.


장성연 교수는 "개발된 소재는 얇고 유연해 몸이나 곡면 표면 쉽게 밀착 시킬 수 있다"며 "배터리 없이도 충전되는 착용형 스마트 워치나 내부·외부 온도차가 수℃에서 수십℃에 불과한 환경에서도 작동하는 자가발전 센서 개발에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

 

연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials)에 10월 4일 자로 온라인 공개됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF)과 InnoCORE(이노코어) 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

▲ 개발된 열전 소재를 이용해 제작한 필름형 열전 모듈(상)과 실제 구동 모습(하)

 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr  

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]