고려대학교(총장 김동원) 신소재공학부 송현철 교수 연구팀이 전력선 주변에 형성되는 저강도 자기장을 활용해 전력을 생산하고, 이를 통해 배터리 없이 블루투스 센서를 실시간 구동할 수 있는 신기술을 개발했다.

본 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제 학술지 ‘Advanced Energy Materials(IF= 24.4, JCR 상위 2.92%)’에 7월 1일 표지논문으로 게재됐다.

*논문명: Form Factor–Free Magneto-Triboelectric Generator for Standalone Power Line IoT Applications

*DOI: 10.1002/aenm.202500856

*URL: https://doi.org/10.1002/aenm.202500856

연구팀은 자기장을 기계적 진동으로 전환하고, 이를 다시 전기에너지로 변환할 수 있는 새로운 개념의 복합소재 기반 ‘자기-기계-마찰(Magneto-Mechano-Triboelectric, MMTe) 에너지 하베스터’를 개발했다. 특히, 자기장에 반응해 형태가 변하는 ‘준고체 자기유변 복합필름’을 개발해, 기존 희토류 기반 소재가 가진 높은 비용과 부식 문제를 해결했다.

*에너지 하베스터: 주변 환경에서 에너지를 수집해 전기로 변환하는 장치

해당 필름은 4 오에르스테드(Oe) 수준의 매우 약한 자기장에서도 약 1 밀리미터(mm)의 굽힘 변형을 유도해 안정적인 전력 생산이 가능하다. 실제로 모듈 하나당 3.57 밀리와트(mW), 네 개의 모듈을 연결할 경우 최대 14.28 밀리와트(mW)까지 출력할 수 있으며, 이를 통해 블루투스 기반 IoT 센서를 배터리 없이 실시간으로 구동하는 데 성공했다.

또한 연구팀은 마찰전기 성능 향상을 위해 이황화몰리브덴-이산화규소(MoS₂-SiO₂) 코어–셸 나노입자와 사마륨(Sm)이 도핑된 강유전체 물질 PMN-PT를 필름에 적용했다. 이를 통해 고습 환경에서도 전하 손실 없이 안정적인 에너지 수확이 가능해졌으며, 실제 전력선 주변 자기장을 활용해 무선 데이터 전송이 가능한 IoT 센서 시스템을 구현했다.

*강유전체: 스스로 전기적 극성을 띠고, 전기장으로 극성을 바꿀 수 있는 특수 절연체

고려대 송현철 교수는 “이번 연구는 일상에서 버려지던 자기장으로 전력을 생산하고, 이를 바탕으로 저전력 IoT 기기를 구동할 수 있음을 실증한 것”이라며, “향후 스마트홈, 산업 설비, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 배터리 없는 자가발전형 센서 시스템으로의 활용이 기대된다”라고 밝혔다.

본 연구는 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.

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△ (왼쪽부터) 고려대 신소재공학부 송현철 교수(교신저자), 한국과학기술원(KIST) 김현수 박사(제1저자)

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△ 저널 표지 이미지

기사 작성: 커뮤니케이션팀 강민영(kmy4571@korea.ac.kr)