UNIST 체온으로 충전 가능 이차전지 시스템 개발

체온 등 일상생활에서 발생하는 열에너지를 전기로 변환하는 방법을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

UNIST는 싱가포르 난양공과대와 함께 합동 교수팀을 꾸려 열전 이차전지(TREC) 시스템의 에너지 변환 효율을 높이는 핵심 인자를 발견했다고 27일 밝혔다.

이와 함께 체온과 같이 100도 이하의 미약한 온도 차이에서 나타나는 열에너지를 전기로 바꿔 전지에 충전할 수 있는 시스템을 개발했다고 전했다.

열전 이차전지는 현재 시장에서 대중적으로 사용되는 일반 이차전지와 구조는 동일하지만, 에너지 변환 시스템을 갖추고 있어 온도에 따라 변하는 전압의 크기를 활용해 이차전지를 구성한다.

쉽게 말하자면 이 시스템은 체온과 옷의 온도 차이, 혹은 낮과 밤의 온도 차이를 통해 미약하게나마 에너지를 충전할 수 있다는 뜻이다.

UNIST 이현욱 교수팀 [UNIST 제공]

열전 이차전지의 에너지 충전 효율을 높이기 위해 연구팀은 다각적인 연구를 이어왔다.

그러던 중, 연구팀은 마침내 양극 소재 내부의 물질 구조를 분석하고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 에너지 효율을 높이는 핵심 인자를 발견했다.

소재가 갖는 물 분자 수를 중점적으로 연구하던 연구진은 분자 수가 적을수록 양극 소재 구조의 대칭성이 증가해 전기적 결합이 강화하는 현상을 확인했다.

이러한 구조적 변화는 양극 소재의 구조 진동 엔트로피가 커지게 했으며, 결과적으로 열전 이차전지 시스템의 효율 향상으로 이어졌다.

이현욱 교수는 "사물인터넷의 발전으로 웨어러블 이차전지 개발이 이슈가 되고 있는데, 웨어러블 전지의 경우 일반 도선으로 충전하는 데 한계가 있다"라고 말했다.

이어 "인체 부착형 전지를 위해 열전 이차전지 시스템과 같은 새로운 충전 방법에 대한 개발과 연구가 진행돼야 한다"는 뜻을 밝혔다.

연구는 UNIST 미래선도형 특성화 사업, 한국연구재단 중견연계 신진후속 사업의 지원 받아 이뤄졌으며, 에너지·재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)에 게재되었다.