고효율 비접촉식 정전소자 … 4㎧에서 최대 168.6㎽ 전력 생산다양한 분야서 응용 가능 … '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 게재
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- ▲ 왼쪽부터 중앙대 정세훈 박사과정생, 허지웅 박사과정생, 이상민 교수.ⓒ중앙대
중앙대학교는 기계공학부 이상민 교수 연구팀이 방전 현상에서 나타나는 전자 증식 현상을 이용해 비접촉식 움직임에서도 고출력 발전이 가능한 '정전소자'를 개발했다고 7일 밝혔다.낮은 풍속에서도 높은 출력을 낼 수 있는 고효율 발전소자로서 주목된다. 이번 연구는 국립금오공과대 정지훈 교수, 연세대 홍진기 교수 연구팀과 공동으로 진행했다.연구팀은 비접촉식 구조에서 폴리머층 표면의 정전기 유도 현상을 분석해 이온화 게이트를 연결했을 때 방전을 통해 전압 증폭과 전자 증식 현상이 발생한다는 점을 확인했다. 단일 층 기준으로 최대 1.5㎸, 2.5A의 피크 전압과 전류를 발생시킬 수 있고, 층을 쌓는 형태로 확장하면 같은 입력 에너지에도 더 높은 전기 출력이 가능해 최고 21.2W/㎡의 전력밀도를 지니는 정전소자도 구현할 수 있었다. -
- ▲ 고출력 비접촉식 정전소자의 구조 모식도.ⓒ중앙대
해당 소자는 비접촉식 구조로 약한 움직임에도 작동할 수 있다. 연구진은 낮은 풍속에도 높은 효율을 가지는 사보니우스형 풍력 블레이드를 적용한 풍력 발전소자를 개발했다. 해당 풍력 발전소자는 매우 낮은 풍속에서도 높은 전력 출력이 가능하다. 3㎧의 풍속에서는 최대 46.9㎽, 4㎧에서는 최대 168.6㎽의 전력을 생산했다. 개발된 발전소자를 통해 상용 센서와 3000개의 발광다이오드(LED)를 구동했다. 생산된 전력으로 수소를 생산할 가능성도 확인했다.이 교수는 "이번 연구 성과는 낮은 입력 에너지에서도 큰 출력을 발생시키는 고효율 발전소자에 관한 것으로, 풍력 발전뿐 아니라 다양한 분야에서 응용이 기대된다"고 말했다.이번 연구 논문은 재료 분야 최고 권위 국제학술지인 '첨단 에너지 소재(Advanced Energy Materials)'에 온라인 게재됐다. 이 교수 연구실 소속 기계공학과 정세훈, 허지웅 박사과정이 공동 제1저자에 이름을 올렸다.이번 연구는 한국연구재단의 중견연구 사업, 산업통상자원부의 수요기업 맞춤형 고출력축전기(슈퍼커패시터) 성능 고도화 기술개발 사업의 연구비를 지원받아 이뤄졌다. -
- ▲ 중앙대학교 전경. 우측 상단은 박상규 총장.ⓒ중앙대