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[IT뉴스]“문질러 전기 만든다” 마찰 발전용 소재, 고체로 개발

온카뱅크관리자

2025-10-23 10:07:38

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 이주혁 DGIST 교수 
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 양이온 고분자(polycation)와 음이온 고분자 (polyanion) 구조의 모식도./대구경북과학기술원(DGIST)
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 마찰로 전기를 만드는 ‘마찰대전 발전’ 기술은 두 물체가 서로 문질러질 때 생기는 전하를 모아 전기로 바꾸는 방식이다. 별도의 배터리 없이도 전력을 생산할 수 있어 차세대 친환경 에너지 기술로 주목받고 있다.
 하지만 지금까지는 ‘이온성 액체’를 이용한 소재를 주로 써 시간이 지나면 새거나 열에 쉽게 손상되는 문제가 있었다. 이런 한계 때문에 상용화에 어려움이 있었다. 국내 연구진이 이런 문제를 해결할 새로운 해법을 제시했다.
 이주혁 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수와 이원호 금오공과대 교수 연구진은 마찰대전 발전 소재의 핵심 성질인 ‘극성(極性)’을 정밀하게 조절할 수 있는 새로운 설계 전략을 세계 최초로 개발했다고 23일 밝혔다. 극성은 전하가 어느 방향으로 움직이는지 결정하는 성질을 말한다.
 핵심은 ‘고분자 전해질(polymer electrolyte)’이라는 고체형 전해질이다. 연구진은 기존의 액체 전해질 대신, 이온(전하를 띤 입자)을 고분자 사슬 구조 안에 고정시켜 극성의 방향을 자유롭게 설계할 수 있게 했다. 연구진은 “이 방식으로 전기 생산 효율뿐 아니라 소재의 열적 안정성과 내구성도 함께 개선했다”고 설명했다.
 연구진은 양(+) 전하를 띠는 ‘양이온성’ 고분자 전해질과 음(–) 전하를 띠는 ‘음이온성’ 고분자 전해질을 각각 합성해 성능을 비교했다. 그 결과, 양이온 고분자인 P(MA-A⁺20)TFSI⁻는 기존 소재보다 약 두 배 높은 83V의 출력을, 음이온 고분자인 P(S-S⁻10)Na⁺는 네 배 높은 34V의 출력을 기록했다. 이는 고분자의 구조나 이온 조성비를 바꿔 극성과 출력 성능을 조절할 수 있음을 보여주는 결과다.
 이온이 고정된 구조 덕분에 전하가 새어나가는 손실도 줄었다. 연구진은 “덕분에 섭씨 60도 고온에서도 일주일 이상 출력이 거의 떨어지지 않는 안정성을 확보했다”며 “기존의 ‘고분자–이온성 액체 혼합물’ 소재는 같은 조건에서 출력이 약 27% 감소했다”고 덧붙였다.
 이 교수는 “이번 연구는 단순히 성능을 높인 것을 넘어, 고분자 구조 설계를 통해 마찰대전 극성 자체를 제어할 수 있는 새로운 개념을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 차세대 에너지 하베스팅(자체 전력 생산) 장치 개발의 방향성을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.
 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 10월호 표지 논문으로 실렸다.
 참고 자료
 Advanced Materials(2025), DOI: 10.1002/adma.202505547
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