기계공학부 이상민 교수와 정지훈, 허덕재 대학원생이 기존 정전소자의 출력을 향상시킨 ‘고출력 이온강화 전계 방출형 정전소자’를 개발했다.

정전소자(Triboelectric Nanogenerator)는 간단한 제조공정, 저렴한 비용, 높은 전력밀도로 차세대 휴대형 에너지 소자로 세계적인 주목을 받고 있다. 특히, 버려지는 에너지를 이용해 전기를 생산하는 에너지 수확(Energy Harvesting) 기술로 인해 서로 다른 두 표면이 마찰할 때 발생하는 정전기와 정전기 유도 현상을 적용한 정전소자는 눈여겨봐야할 에너지원으로 대두됐다.

기존 단일 정전소자의 평균 전력은 1mW 이하 수준에 머물렀다. 또한, 추가 부품이나 회로에 의한 부피 증가, 높은 표면 전하에 의한 손상 방지용 특별 패키징 비용 등 단점들이 존재했다.

이상민 교수 연구팀은 금속 표면에서 전자가 방출되는 현상(이온 강화 전계 방출 현상, ion-enhanced field emission)과 방출된 전자가 공기 분자를 이온화 시키며 이동하는 현상(전자 사태, electron avalanche)을 활용함으로써 정전소자의 출력을 기존 대비 6.3배 향상시켰다.

이상민 교수는 “해당 연구 결과는 기존 정전소자의 고질적인 한계를 극복해 전기적 출력을 크게 향상시킴으로써 추후 많은 응용이 기대된다”고 말했다.

해당 논문 “이온 강화 전계 방출형 정전 소자(Ion-enhanced field emission triboelectric nanogenerator)”는 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 표지 논문으로 게재됐다.