한기대 배진우 교수 연구팀, 웨어러블·IoT 전원용 표준 소재 PVDF 한계 돌파

PVDF Si-HBP-G1 전기방사 섬유 복합체 기반 TENG 개략도(한기대 제공)

한국기술교육대학교(총장 유길상) 에너지신소재화학공학부 배진우 교수 연구팀이 웨어러블·IoT 전원용 표준 소재인 PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드)의 구조적 한계를 돌파하고, 출력 3배를 향상한 '초고출력 마찰대전 나노발전 신소재'를 개발했다고 20일 밝혔다.

이번 성과는 인도 벨로르공과대학교(VIT)와의 국제 공동연구를 통해 도출된 것으로, 차세대 웨어러블 전자기기와 IoT 센서의 자가발전 기술 혁신을 가속할 핵심 기술로 평가된다.

마찰전기 나노발전기(TENG)는 두 물질의 접촉·분리 과정에서 발생하는 정전기를 전기에너지로 변환하는 장치로, 배터리 없이 작동하는 IoT 기기의 핵심 전원 기술로 주목받아 왔다.

그러나 기존 PVDF 기반 소재는 전기활성 β상 형성의 한계로 인해 출력 향상에 구조적 제약이 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 PVDF에 실리콘을 중심으로 가지처럼 뻗은 구조의 폴리에스터를 결합하는 새로운 구조 제어 전략을 제시했다.

기존 무기 나노입자가 응집 문제로 성능 저하를 일으키는 것과 달리, 가지형은 수산기를 통해 PVDF와 강한 수소결합을 형성해 균일하게 분산되며 안정적인 전기적 특성을 구현한다.

배진우 교수는 "기존에는 PVDF 성능을 높이기 위해 무기 입자를 넣었지만, 입자들이 잘 분산되지 않아 오히려 성능이 떨어지는 문제가 있었다"며 "이번 연구는 간단한 가지형 고분자를 도입해 PVDF 자체의 분자 배열이 더 잘 정렬되도록 만든 것이 핵심"이라고 강조했다.


천안=하재원 기자