나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 수저우(蘇州) 나노기술 및 나노 바이오닉스 연구소 짱팅(張珽) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 실행하는 과정에서 수원(水源) 형태 및 디바이스 구조에 대한 디자인을 실행하고 편리하게 휴대할 수 있고 플렉시블 특성을 보유하고 있는 안정적인 수압 발전기(Water volt generator)를 개발하고 플렉시블 전자 디바이스에 에너지를 공급하는 플랫폼 구축을 위한 플렉시블 웨어러블 자체 에너지 공급 센서 시스템을 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있음.

지구 표면의 70% 이상은 모두 천연 수질체가 커버하고 있으며 천연 수질 체는 제일 풍부한 자원 중의 하나로서 지리 위치 혹은 환경 조건이 어떻게 변화하든 천연 수질 체는 모두 열에너지를 흡수하고 자발적으로 유동하고 증발하는 상황임.

나노 구조와 물의 흐름, 파동(波動), 드리블(dribble)과 증발의 직접 역할을 통해 발전(發電)하는 에너지 전환 효과를 수력 발전 효과(hydrovoltaic effect)라고 하는데 이런 효과는 플렉시블 센서 시스템 분야에서 직면한 에너지를 지속가능하게 공급할 수 있도록 하는 과제 해결을 위해 새로운 아이디어를 제공하였음.

하지만 "어떻게 하면 변형 조건 하에서 안정적인 발전(發電)과 파워 고출력을 실현하는 동시에 경량화, 플렉시블화 웨어러블 센서 마이크로 시스템을 실현할 것인가"라는 과제는 여러 가지 도전에 직면하여 있는 상황임.

짱팅(張珽) 연구원 연구팀은 폴리에틸렌 알코올(PVA)로 기능화 탄소 나노 입자(FCB)를 3차원 스펀지 프레임워크(3DS) 상에 묶어놓는 방법을 사용한 동시에 취득한 PVA@FCB@3DS 박막과 고체 고 흡수성 하이드로겔을 결합하여 HPG를 개발하였음.

연구팀은 PVA@FCB@3DS 박막 상에서 교차 이중 전기 층(EDL) 나노 채널을 구축하고, HPG를 이용하여 물이 자발적으로 증발할 수 있도록 하여 주변의 열량을 연속적으로 전기 에너지로 전환시키고, 그 어떤 외부 에너지 공급이 필요 없이 Voc와 Isc를 각각 0.658 V와 63 μA 수준에 도달시켰음.

그 외, 연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 플렉시블 HPG는 비교적 큰 범위의 휜 상태에 응변하는 상황 하에서 안정적인 전기 생성 성능을 유지한다는 점을 발견하였음.

연구팀이 개발한 편리하고 플렉시블한 특성을 보유한 물 증발 구동의 HPG는 기존 수압 발전기가 고정 수조(水槽) 속박을 받는 상황에서 탈피할 수 있도록 하였음.

연구팀은 물 증발 구동의 HPG를 플렉시블 웨어러블 전자 설비의 플렉시블 전원 플랫폼으로 개발하여 디바이스의 에너지 공급에 사용함으로써 수압 발전 기술의 디바이스 형식과 응용 분야를 확장시키는데 성공하였음.

본 연구 성과는 ‘Nano Energy’ ("Sustainable and Flexible Hydrovoltaic Power Generator for Wearable Sensing Electronics")지에 게재됨.