성균관대학교 신소재공학부 김상우 교수가 주도하고, 김권호(대학원생, 제1저자), 이동윤 교수(부산대학교, 공동저자)가 참여한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)의 지원으로 수행됐다.
연구팀은 ‘2차원 나노구조의 산화아연(ZnO)과 나노 층상 복수산화물(layered double hydroxide, LDH)의 하이브리드 구조’를 이용해 기존 1차원 나노구조의 압전 에너지 발전소자에 비해 높은 기계적 안정성과 출력 효율을 나타내는 직류 출력의 압전 에너지 발전소자를 구현했다.
기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜주는 압전 에너지 발전 소자는 차세대 에너지시장을 비롯해 다양한 응용분야로의 가능성이 높아 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있는 분야다.
기존 1차원 나노구조물 기반의 압전 에너지 발전소자의 경우, 1차원 나노구조물의 형태 유지를 위한 보조물질 없이는 기계적 안정성이 떨어지고 그로인해 압전 효율이 높지 못한 단점을 가지고 있었다.
연구팀은 2차원 나노구조의 산화아연이 그물망 형태로 얽혀있는 복합 구조를 이용해 보조물질 없이도 기계적 안정성이 매우 뛰어난 압전 에너지 발전소자를 구현하는데 성공했다.
연구팀은 "기존의 압전 에너지 발전소자보다 기계적 안정성이 4배 이상 증가되었고, 발생된 에너지 사용을 위한 추가적인 회로 구성이 필요 없는 직류 형태의 압전 에너지 발전소자를 구현함으로써 국내·외 차세대 에너지 시장에 큰 파급효과가 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.
한편 이번 연구결과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 誌 6월 18일자 영국 온라인판에 게재됐다. (논문명: Piezoelectric two-dimensional nanosheets/anionic layer heterojunction for efficient direct current power generation)
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