광운대학교 하태준 교수(전자재료공학과), MWCNT@Gelatin 기능성 섬유 기반의 지속적인 자가 발전이 가능한 수분 유도 발전기 개발

- 국제 저명 학술지 Elsevier 출판의 Nano Energy (IF : 19.069, JIF ranking: 94.93%)에 논문 게재 -

(좌측부터) 석박사 통합과정 박상준, 하태준 교수, 석박사 통합과정 강병철

본교 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 다중벽 탄소 나노튜브 (Multi-walled carbon nanotube, MWCNT)와 젤라틴 (Gelatin)을 기반으로 기능성 섬유를 제작하고 이를 적용하여 지속적인 자가 발전이 가능한 수분 유도 발전기를 개발하는데 성공하였다. 이번 연구 결과는 Elsevier에서 발행하는 나노 소재 기술을 기반으로 한 에너지 분야에서 최상위 국제 학술지인 Nano Energy (IF: 19.069, JIF ranking: 94.93%) 에 All-solution-processed wearable moist-electric generators based on engineered nanocomposites of carbon nanotube and gelatin incorporated with PEDOT:PSS interfacial blocking layer 제목으로 게재되었다. (참조: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107890)

최근 수분 유도 발전기는 주변 수분을 활용하여 전기를 생산하는 기술로 수자원의 광범위한 가용성과 친환경적인 발전 특성으로 에너지 산업에서 많은 주목을 받고 있다. 그러나, 기존 수분 유도 발전기는 물 분자의 농도 구배가 필수적이며, 상대적으로 낮은 전력 밀도를 높여야 하는 문제가 있다. 이에 하태준 교수(전자재료공학과)?연구팀은 MWCNT와 gelatin을 이용하여 MG@Enginnered Fiber (EF) 복합 나노 기능성 섬유를 개발하였으며 지속적인 전력 발전을 위한 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) 층을 도입하여 직류 형태의 전압 및 전류를 생성하면서도 100시간 이상 지속적으로 전력을 생성할 수 있는 고성능 수분 유도 발전기를 개발하였다. 제안된 수분 유도 발전기는 상대 습도 90%에서 0.95 V라는 높은 전압 출력과 51.7 μA라는 높은 전류 출력 성능을 보여주었으며, MG@EF 기반 나노 발전기를 셀 단위로 제작하고 사람이 착용한 마스크에 직접 부착하여 발광 다이오드를 동작시킴으로써 착용이 가능한 유연 자가 발전 기술을 성공적으로 보여주었다.

한편, 이번 연구는 본교 하태준 교수 연구팀 단독 연구로 진행되었으며, 미래창조과학부가 주관하는 한국연구재단 중견연구지원 사업과 광운대학교 교내학술연구 로 수행되었다. 또한, 첨단 나노 소재 기반 에너지 연구와 관련된 수분 유도 발전기 특허 출원을 완료하였다.

<MG@EF 기반 수분 유도 발전기의 전압 및 전류 생산 결과 및 이를 활용한 유연 자가 발전 시스템 시연 결과>