DGIST, 차세대 ‘고분자 전해질’ 기술 개발…전기 생산 효율 4배↑

전기 생산 효율을 기존보다 최대 4배 높인 차세대 발전 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.대구경북과학기술원(이하 DGIST) 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀은 금오공과대학교 이원호 교수팀과 공동으로 마찰대전 발전소재의 핵심 성질인 ‘극성(極性)’을 정밀하게 조절할 수 있는 고분자 전해질 기술을 세계 최초로 선보였다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 최고 권위 학술지인 어드밴스드 머티리얼스 10월호 표지논문으로 실렸다.마찰대전 발전은 물리적 마찰로 전기를 만들어내는 차세대 친환경 기술이다. 하지만 기존의 ‘이온성 액체 기반 소재’는 누액과 내구성 저하, 환경 불안정성 등의 문제로 상용화에 한계가 있었다.연구팀은 이러한 단점을 극복하기 위해 이온이 고분자 사슬에 고정된 새로운 ‘고분자 전해질’을 설계했다. 이 소재는 이온의 이동을 억제해 불필요한 전하 손실을 줄이고, 동시에 극성(양극성·음극성)을 구조적으로 조절할 수 있다.실험 결과, 양이온 고분자인 P(MA-A⁺20)TFSI⁻는 기존 소재 대비 출력이 2배(83V) 향상됐으며 음이온 고분자인 **P(S-S⁻10)Na⁺는 4배(34V) 높았다. 이는 고분자 구조 설계를 통해 출력과 극성을 동시에 제어할 수 있음을 보여준다.또 새 소재는 60℃ 고온 환경에서도 1주일 이상 안정적인 출력을 유지하며 기존의 고분자–이온성 액체 혼합물(PMMA+10IL)이 약 27%의 성능 저하를 보인 것과 대조됐다.이주혁 교수는 “이번 연구는 단순히 효율을 높이는 데 그치지 않고, 고분자 구조 설계를 통해 전기 발생 극성을 제어할 수 있다는 새로운 개념을 제시한 것”이라며 “향후 자가발전형 웨어러블 기기나 센서 등 차세대 에너지 하베스팅 기술에 응용될 가능성이 크다”고 말했다.이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 ‘나노미래소재원천기술개발사업’ 지원으로 수행됐으며 DGIST 주현서 박사(공동 제1저자)와 금오공대 박수진 연구원이 공동으로 참여했다.