나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과의 김일두 교수 연구팀이 나노물질인 맥신(MXene) 소재와 극소량의 물 30μL(마이크로리터)로 전기에너지를 생성해 배터리를 충전하는 친환경 발전기를 개발

● 앞선 연구에서 연구팀은 전도성 탄소 나노입자가 코팅된 면(cotton) 섬유의 한쪽 표면에 소량의 물을 떨어뜨리면, 젖은 영역과 마른 영역으로 나뉘게 되면서 작은 양의 전기에너지가 발생하는 것을 발견하였고, 이를 활용해 LED 전구의 불을 켜는 데 성공하였으나, 실생활에 적용되기에는 에너지 생산 능력이 낮아 제한적임을 확인

● 연구팀은 발전 효율을 높이기 위해 친수성 표면을 가지며 빠른 모세관 현상을 유발할 수 있는 2차원 전도성 물질에 주목하였고, 전도도가 금속에 가까운 전이금속 탄화물(맥신)을 면섬유에 코팅하는 방법으로 발전기를 제작

● 해당 발전기는 기존 탄소 나노입자가 적용된 발전기보다 24배 높은 에너지 효율을 나타내었으며, 맥신을 전도성 고분자(Polyaniline)와 추가로 복합화하였을 때는 100배 더 높은 에너지 효율을 달성

● 맥신 기반 자가발전기 16개를 병렬로, 10개를 직렬로 총 160개를 연결해 상용 리튬폴리머 배터리(30mAh, 3.7V)를 20분 동안 충전한 결과 배터리 용량의 14%를 충전하는데 성공

● 해당 기술은 어디서든 쉽게 구할 수 있는 물이나 땀, 대기 중 흩날리다 사라지는 수분을 에너지원으로 활용할 수 있어 대용량 이차전지를 충전하는 비상 전원 용도 등으로 응용 가능하며, 다양한 사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기 등에 활용할 수 있을 것으로 기대

※ 용어설명

- 맥신(MXene): 2011년에 처음 발견된 2차원 평면구조를 가지는 세라믹 물질로, 전이금속에 탄소 또는 질소가 결합되어 있는 원자 두께의 층으로 구성된 물질

※ Energy & Environmental Science 게재(2021.10.13.), “Towards Watt-scale hydroelectric energy harvesting by Ti3C2Tx-based transpiration-driven electrokinetic power generators”