배터리가 없다! 친환경 IoT 무선 센서용 독립전원기술 개발

과기정통부, 자기장 노이즈로 전기에너지 변환 기술 개발
강유진 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2018-04-05 13:53:09
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류정호 교수(영남대학교) 연구팀이 인체에 유해한 것으로만 인식되어져 왔던 자기장 노이즈를 활용해 전기에너지로 변환하는 기술을 개발하였고, 이는 4차산업혁명 핵심기술인사물인터넷(IoT) 무선센서 네트워크의 자율 독립전원으로 상용화가 가능한 수준이라고 과학 기술정보통신부(장관 유영민, 이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

* 자기장노이즈 : 전력선, 전자기기 등에서 발생하는 불필요한 전자기 신호. 전기가 흐르는 도체 주변에는 항상 자기장 노이즈가 발생

* 자율독립전원 : 기존의 배터리를 사용하는 대신 자체적으로 전기에너지를 발전시켜, 배터리 교체가 필요없이 반영구적으로 사용가능한 전원기술
 

자율 독립전원에 적용된 에너지 변환 소자의 개념도. 자기장에 의해 변형이 일어나는 자왜 금속 소재 (하단의 판재) 변형에 의해 전기에너지가 발생하는 압전 소재 (상단의 원자 구조가 도시된 판재) 하이브리리 인터페이스 결합 현상을 이용해 일상의 자기장 노이즈를 전기에너지로 변환 시킬 있음.  <사진제공=과학기술정보통신부>


이 연구결과는 에너지 환경 분야 학술지인 Energy & Environmental Science의 4월호 전면 표지논문으로 게재되었다.
* 논문명: Exceeding milli-watt powering magneto-mechano-electric generator for standalone-powered electronics
* 저자정보: 류정호(교신저자, 영남대 교수), 김광호(공동교신저자, 미래소재연구단 단장), S. Priya교수(공동교신저자, 미국 펜실베니아 주립대 교수/연구부총장), 한병동 박사(공동저자-재료연구소), 나석민 교수(공동 저자, 미국 메릴랜드주립대 교수) 외 

 

본 연구팀은미세한 자기장변화에 따라 늘어나거나 줄어드는 금속소재(자왜금속소재(Ga-Fe 합금))와 변형이 생기면 전기에너지를 발생시키는 압전소재를 결합하여, 일상의 자기장 변화를 전기에너지로 변환시키는 기술을 개발하였다.
* 자왜 소재: 자기장의 변화에 따라 변형이 발생하거나, 압력을 주었을때 자기적 특성이 변화하는 소재
* 압전 소재 : 압력이 인가되었을 때 전압이 발생하거나, 전압을 인가하면 변형이 발생하는 소재
 

압전소재와 자왜금속소재의 결정방향에 따라 그 특성이 달라지는 원리를 활용하여 자기장에 가장 민감하게 변화하는 결정방향으로 두 소재를 제작한 뒤, 이 두 소재를 하이브리드 인터페이스 결합기술로 에너지 변환 소자를 설계하였다. 그리고 IoT 무선 센서를 배터리 없이 지속적으로 구동하기에 충분한 수준인 mW 이상의 직류 전력을 발생시키는데 성공하였다.  

 

* 결정방향(crystal orientation) : 원자의 배열이 규칙적으로 이루어진 결정질 소재에서 원자가 배열된 특정한 방향
* 하이브리드 인터페이스 결합 : 두가지 이상의 소재 사이에 생기는 경계면 (인터페이스)에 새로운 기능을 부여하여 다양한 특성을 부가하는 기술
 
하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단 김광호 단장과 영남대 류정호 교수는 “관련 기술에 대해 국내, 미국, 유럽, 일본, 중국에 특허권리를 확보하였다”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”라고 연구 의의를 설명했다. 

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

[환경미디어= 강유진 기자]  

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