[대학저널 온종림 기자] 성균관대학교 신소재공학부 백정민(사진) 교수팀이 마찰 전하의 유동(Drift) 현상을 세계 최초로 규명하고 이를 통해 세계 최고 출력의 마찰 발전기를 개발하였다.

마찰 발전기는 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 접촉 대전(contact electrification) 현상을 이용하여 주변의 기계적인 에너지를 유용한 전기에너지로 변환한다.

그러나 두 표면 사이의 물리적 접촉에 의해 생긴 마찰 전하는 그 밀도가 낮아 소자 출력이 적고 생성된 전하 또한 대부분 표면에 존재해 온도, 습도 등의 외부의 환경적 요인에 의해 그 수치가 급격히 낮아지는 문제점이 제기되어 왔다.

백정민 교수 연구팀은 실리카(SiO2) 나노입자와 2차원 소재인 몰리브덴 설파이드(MoS2)로 구성된 새로운 양전하 대전체를 제조해 이론적인 수치에 매우 근접한 세계 최고 수준의 전하 밀도(1,072 uC/m2)를 달성했다.

아울러 방사광 광전자 분광법(Synchrotron Radiation Photoelectron Spectroscopy, SRPES)을 통해 실리카와 몰리브덴 설파이드 계면에 전기 포텐셜(Potential)이 생기고, 이로 인해 마찰 전하가 유동하여 계면에 전하가 축적되는 현상에 의한 것임을 세계 최초로 밝혔다.

이러한 우수한 특성을 바탕으로 세계 최고 수준의 출력(14.75 W·m-2)을 달성했으며 기존 마찰 발전기 보다 10배 이상 충전 속도를 향상시켰다.

백 교수는 “이 연구 결과는 안정적이고 높은 소자 출력을 통해 에너지 하베스팅 뿐만 아니라 다양한 센서 기술에도 응용이 가능하다 ”고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제적 학술지인 Energy & Environmental Science (IF = 39.714)에 2023년 1월 온라인 게재됐다.

 

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