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NEW 윤태광 교수팀, 반복 세척에도 안정적인 섬유형 에너지 하베스팅 기술 개발
- 2025-09-18
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아주대학교 윤태광 교수(응용화학과·대학원 분자과학기술학과, 사진) 공동 연구팀이 반복적인 세척에도 안정적이고 땀과 같은 소량의 수(水)자원만으로도 전기 생성이 가능한 자가발전형 웨어러블 시스템을 개발했다.
이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘Advanced Science’에 ‘Wearable PEDOT:PSS/DVS-coated Yarn-type transpiration-driven Electrokinetic Power Generator with High Power Efficiency and Water Stability’라는 제목으로 게재됐으며 아주대 윤태광 교수가 책임 교신저자로, 중앙대 황병일 교수, 충북대 김한슬 교수, 스웨덴 찰머스 공과대학 에르강 왕(Ergang Wang)교수는 공동 교신저자로 참여했다.
전도성 고분자인 PEDOT:PSS 소자는 음전하를 띄는 PSS 덕분에 양이온 흡착이 가능해 전기 생산 성능을 극대화할 수 있지만 PSS의 친수성 때문에, 수분에 대한 안정성이 낮다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 가교제로 사용되던 EG(Ethylene glycol, 에틸렌글리콜) 대신 DVS(Divinyl sulfone, 디비닐술폰)을 사용해 수소결합보다 강력한 공유결합이 가능함을 확인했다.
가교제가 사용되지 않은 PEDOT:PSS 소자는 5번의 세척 후에 전압 및 전류 생산량이 초기 대비 0.87과 0.51%로 크게 낮아졌고, EG가 사용된 소자는 25.4와 16.1%를 보였다. 반면, 연구팀의 DVS가 사용된 소자는 54.8과 47.7%의 유지율을 보여 향상된 세척 안정성을 보였다.
개발된 소자는 땀 농도의 전해질을 에너지원으로 사용하였을 때 최대 112µW/cm³의 전력을 생산할 수 있으며, 수 차례의 구김이 있고 난 뒤에도 성능은 안정적이었다. 25개의 소자를 직렬 및 병렬 연결하여 상용 캐패시터를 충전하였습니다. 충전에 성공하면서 인체의 땀을 이용한 자가발전형 웨어러블 시스템 활용 가능성을 보였다.
윤태광 교수는 “이번 연구를 통해 전도성 고분자인 PEDOT:PSS의 수분 안전성을 획기적으로 향상함으로써 세척 가능하며 에너지 생성 성능이 우수한 섬유형 에너지 하베스팅 시스템을 개발했다”라며, “다양한 분야에서 응용을 통해 후속 연구를 계속 진행할 계획”이라고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 ‘해외우수연구기관 협력허브 구축사업’의 지원을 받아 수행되었다.
(사진) 섬유형 에너지 하베스팅 시스템 개략도
(사진) 지속적인 전기 에너지 생성 시스템