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

  • 흐림동해26.2℃
  • 흐림포항27.8℃
  • 구름많음천안28.0℃
  • 흐림원주26.4℃
  • 구름많음춘천26.1℃
  • 흐림장수25.1℃
  • 흐림양산시24.3℃
  • 비서귀포28.9℃
  • 흐림파주26.5℃
  • 흐림서청주25.1℃
  • 비청주27.3℃
  • 흐림추풍령24.5℃
  • 흐림세종27.5℃
  • 흐림대관령22.9℃
  • 흐림김해시
  • 구름많음장흥26.1℃
  • 구름많음강화26.1℃
  • 흐림영주23.5℃
  • 흐림부여29.3℃
  • 흐림구미27.1℃
  • 구름많음고흥26.0℃
  • 흐림강릉26.1℃
  • 구름많음합천26.7℃
  • 구름많음진도군29.4℃
  • 흐림울릉도24.9℃
  • 흐림진주25.5℃
  • 구름많음고창30.2℃
  • 구름많음여수24.3℃
  • 구름많음보령29.6℃
  • 구름많음목포29.6℃
  • 비서울25.5℃
  • 흐림울진27.0℃
  • 흐림산청25.9℃
  • 구름많음완도26.3℃
  • 구름많음백령도27.2℃
  • 맑음흑산도29.2℃
  • 구름많음동두천27.8℃
  • 흐림거제23.5℃
  • 흐림보은24.3℃
  • 구름많음강진군26.7℃
  • 흐림남원26.8℃
  • 흐림봉화24.9℃
  • 비부산23.7℃
  • 흐림임실27.3℃
  • 구름많음군산31.0℃
  • 흐림의령군25.5℃
  • 흐림양평25.0℃
  • 흐림금산25.5℃
  • 구름많음고창군30.0℃
  • 구름많음전주29.7℃
  • 흐림순창군27.2℃
  • 흐림북부산24.9℃
  • 구름많음고산30.3℃
  • 흐림광양시25.5℃
  • 구름많음충주27.5℃
  • 구름많음인천27.4℃
  • 흐림밀양25.3℃
  • 흐림창원24.2℃
  • 흐림남해23.8℃
  • 흐림인제27.0℃
  • 흐림북창원24.9℃
  • 구름많음대구27.6℃
  • 비홍성26.2℃
  • 구름많음영덕28.1℃
  • 흐림문경23.4℃
  • 흐림서산28.6℃
  • 흐림순천24.0℃
  • 구름많음해남26.4℃
  • 흐림성산26.7℃
  • 흐림울산24.2℃
  • 구름많음영광군30.7℃
  • 흐림태백26.1℃
  • 흐림안동25.3℃
  • 비광주25.7℃
  • 흐림영천26.8℃
  • 구름많음북춘천25.8℃
  • 비수원24.6℃
  • 구름많음보성군25.9℃
  • 구름많음제주31.6℃
  • 흐림북강릉25.2℃
  • 비대전25.5℃
  • 흐림제천23.9℃
  • 흐림함양군27.2℃
  • 구름많음이천26.1℃
  • 흐림상주24.3℃
  • 흐림통영23.1℃
  • 흐림청송군28.2℃
  • 흐림정선군24.8℃
  • 흐림경주시27.1℃
  • 흐림거창24.4℃
  • 흐림영월25.5℃
  • 구름많음철원26.6℃
  • 흐림홍천25.6℃
  • 구름많음정읍31.8℃
  • 흐림의성27.3℃
  • 흐림속초25.5℃
  • 구름많음부안30.5℃

UNIST "사람 체열로 LED 불 켜는 '필름 발전기' 개발"

최재호 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
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]