고성능 신축 열전소자 개발 자가발전 웨어러블 기기 구현 가속화 기대 국내 연구진이 배터리 없이 체온만으로도 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다.한국연구재단은 서울대학교 홍용택 교수 연구팀이 KIST 정승준 박사 연구팀과의 공동 연구로 배터리 없이 체온만으로 자가발전해 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다고 20일 밝혔다.열전소자는 제벡 효과(Seebeck effect)에 의해 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다. 신축성을 부여하면 사람의 피부에 부착 할 수 있으며, 체온을 이용해 배터리 없이 동작하는 자가발전 웨어러블 기기를 구현할 수 있어 새로운 전원 공급 소자로 주목받고 있다.열전소자가 생성할 수 있는 전력은 소자의 내부 저항과 반비례하는데, 기존 신축 열전소자는 내부 저항이 높아서 생성되는 전력이 적고 실용성이 떨어지는 한계가 있다.이에 연구팀은 신축 열전소자 내부의 계면과 신축 전극의 전기 저항을 개선할 두 가지 전략을 도입했다. 이를 통해 내부 저항은 낮추고 자가발전 성능은 높인 고성능 신축 열전소자를 개발했다.은-나노와이어 기반의 신축 전극에 용액 기반 웰딩 기법을 적용해 내부 저항을 낮췄으며, 신축 전극과 열전소재의 접합부에 은 입자 기반의 전도성 중간층을 도입해 접합부의 계면 저항을 감소시켰다.홍용택 교수는 이번 연구에 대해 기존 신축 열전소자의 기술적인 한계로 여겨졌던 낮은 발전 성능 문제를 해결하고, 체온과 같은 적은 열에너지로도 무선 웨어러블 기기를 동작시켜 신축 열전소자의 실용성을 높인데 의의가 있다고 설명했다.또한 배터리 없는 자가발전 웨어러블 기기의 대중화 및 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다고 전했다.

고성능 신축 열전소자 개발

자가발전 웨어러블 기기 구현 가속화 기대

기사입력 2023-06-20 18:31:23

[산업일보]
국내 연구진이 배터리 없이 체온만으로도 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다.

한국연구재단은 서울대학교 홍용택 교수 연구팀이 KIST 정승준 박사 연구팀과의 공동 연구로 배터리 없이 체온만으로 자가발전해 무선 웨어러블 전자기기를 동작시킬 수 있는 고성능 신축 열전소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

열전소자는 제벡 효과(Seebeck effect)에 의해 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다. 신축성을 부여하면 사람의 피부에 부착 할 수 있으며, 체온을 이용해 배터리 없이 동작하는 자가발전 웨어러블 기기를 구현할 수 있어 새로운 전원 공급 소자로 주목받고 있다.

고성능 신축 열전소자 구조와 응용 및 내부 저항을 개선하기 위한 전략
(그림설명 및 그림제공 : 서울대학교 홍용택 교수)

열전소자가 생성할 수 있는 전력은 소자의 내부 저항과 반비례하는데, 기존 신축 열전소자는 내부 저항이 높아서 생성되는 전력이 적고 실용성이 떨어지는 한계가 있다.

이에 연구팀은 신축 열전소자 내부의 계면과 신축 전극의 전기 저항을 개선할 두 가지 전략을 도입했다. 이를 통해 내부 저항은 낮추고 자가발전 성능은 높인 고성능 신축 열전소자를 개발
했다.

은-나노와이어 기반의 신축 전극에 용액 기반 웰딩 기법을 적용해 내부 저항을 낮췄으며, 신축 전극과 열전소재의 접합부에 은 입자 기반의 전도성 중간층을 도입해 접합부의 계면 저항을 감소시켰다.

홍용택 교수는 이번 연구에 대해 기존 신축 열전소자의 기술적인 한계로 여겨졌던 낮은 발전 성능 문제를 해결하고, 체온과 같은 적은 열에너지로도 무선 웨어러블 기기를 동작시켜 신축 열전소자의 실용성을 높인데 의의가 있다고 설명했다.

또한 배터리 없는 자가발전 웨어러블 기기의 대중화 및 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다고 전했다.