[투데이에너지 박설민 기자] 국내 연구진이 사람들이 지나가면서 보도블럭 등을 밟으며 발생하는 압력을 전기에너지로 변환할 수 있는 기술을 개발해 눈길을 끌고 있다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)이 지난 29일 김상태 KIST 전자재료연구단 박사팀과 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 육종민 교수팀이 공동연구를 통해 배터리 충전, 방전과정에서 압력이 미치는 영향을 밝혀내고 이를 바탕으로 압력을 가해 충전할 수 있는 리튬이온 배터리의 가능성을 최초로 제시했다고 전했다.
KIST·KAIST 공동연구진은 압력이 배터리에 미치는 영향을 나노 단위에서 직접 관찰 및 해석하기 위해 대표적인 고용량 리튬합금 전극 물질인 주석을 활용했다.
실시간 그래핀 액상 투과전자현미경을 통해 표면에 발생하는 압력이 주석 나노입자에 미치는 영향을 확인해 전극 충전 시에 압력에 의한 방전현상을 최초로 직접 관찰하는데 성공했다.
또한 열역학적 계산과 모델링을 통해 배터리 전극 내 압력 차이를 예측하고 그에 따른 전기화학에너지 차이가 리튬이온의 이동 및 방전의 구동력임을 해석하였다.
KIST·KAIST 공동연구진은 이번 연구를 통해 압력과 전극 내의 리튬이온의 양이 반비례적 관계를 갖는다는 것을 밝혔다.
이를 기반으로 배터리에 사람의 밟는 움직임 등으로 압력을 가할 시 리튬을 이동시켜 충전하는 배터리를 제작할 수 있는 가능성을 제시했다.
연구진은 구부리거나 밟는 등 외부에서 힘을 줄 때 충전되는 배터리 소자를 개발해 테스트해 본 결과 성인 남성 1명이 밟았을 때 약 0.5 mA 정도의 전력이 발생했다.
이는 성인 4명이 밟을 때 저전력 블루투스모듈이 부착된 센서(약 2 mA)를 구동하는 것이 가능한 전력이다.
이번 연구를 통해 개발된 배터리 소자는 외부에서 전기를 공급하지 않아도 스스로 전기를 발생시키고 저장할 수 있어 향후 보도블럭 등에 설치될 경우 이로써 생산된 에너지를 전기로 변환하는 ‘에너지하베스팅’에 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.
김상태 KIST 박사는 “이번 연구결과는 기계에너지를 전기화학에너지로 저장가능한 성과로 IoT센서 등 고효율에너지하베스터 설계에 이바지할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
아울러 육종민 KAIST 교수는 “현재 전기자동차, ESS 등 안정적이고 장기간 사용할 수 있는 고용량 리튬배터리 소재에 관한 사회적관심이 높은 가운데 이번 연구를 통해 새로운 고용량 합금계열 전극디자인에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.