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배터리 ‘無’ IoT 무선 센서용 독립전원기술 개발 성공

류정호 교수(영남대학교) 연구팀이 인체에 유해한 것으로만 인식돼 왔던 자기장 노이즈(전력선, 전자기기 등에서 발생하는 불필요한 전자기 신호. 전기가 흐르는 도체 주변에는 항상 자기장 노이즈가 발생)를 활용해 전기에너지로 변환하는 기술을 개발했고 이는 4차산업혁명 핵심기술인 사물인터넷(IoT) 무선센서 네트워크의 자율 독립전원으로 상용화가 가능한 수준이라고 과학기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

이 연구결과는 에너지 환경 분야 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’의 4월호 전면 표지논문으로 게재됐다.

연구팀은 미세한 자기장변화에 따라 늘어나거나 줄어드는 금속소재(자왜금속소재자기장의 변화에 따라 변형이 발생하거나, 압력을 주었을때 자기적 특성이 변화하는 소재()(Ga-Fe 합금))와 변형이 생기면 전기에너지를 발생시키는 압전소재(압력이 인가됐을 때 전압이 발생하거나 전압을 인가하면 변형이 발생하는 소재)를 결합해 일상의 자기장 변화를 전기에너지로 변환시키는 기술을 개발했다.

자율 독립전원에 적용된 에너지 변환 소자의 개념도(게재 학술지 Energy & Environmental Science지의 전면 표지 그림) : 자기장에 의해 변형이 일어나는 자왜 금속 소재(하단의 판재)와 변형에 의해 전기에너지가 발생하는 압전 소재(상단의 원자 구조가 도시된 판재)가 하이브리리 인터페이스 결합 현상을 이용해 일상의 자기장 노이즈를 전기에너지로 변환 시킬 수 있음. <제공: 과학기술정보통신부>

압전소재와 자왜금속소재의 결정방향에 따라 그 특성이 달라지는 원리를 활용해 자기장에 가장 민감하게 변화하는 결정방향으로 두 소재를 제작한 뒤 이 두 소재를 하이브리드 인터페이스 결합 기술로 에너지 변환 소자를 설계했다.

그리고 IoT 무선 센서를 배터리 없이 지속적으로 구동하기에 충분한 수준인 mW 이상의 직류 전력을 발생시키는데 성공했다.

하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단 김광호 단장과 영남대 류정호 교수는 “관련 기술에 대해 국내, 미국, 유럽, 일본, 중국에 특허권리를 확보했다”며 “지금까지 배터리를 사용해서 동작시키던 무선 센서 네트워크를 배터리 없이 반영구적으로 구동할 수 있을 수준에 도달했기 때문에 미래 4차 산업용 무선 센서 네트워크의 자율 독립전원으로 광범위한 활용이 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.

이 연구성과는 과기정통부 글로벌프런티어사업을 중심으로, 창의형 융합연구사업, 재료연구소 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.

성민철 기자  sungmin@internews.kr

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