자연 속 연잎은 표면에 미세한 돌기가 나 물방울이 퍼지지 않고 동그랗게 뭉쳐 빠르게 미끄러진다. 연잎 표면의 미세 구조를 이용해 빗방울이나 이슬같이 적은 양의 물방울에서 전기에너지를 만들어내는 발전기가 개발됐다. 포스텍 제공

연잎 표면의 미세 구조를 이용해 빗방울이나 이슬같이 적은 양의 물방울에서 전기에너지를 만들어내는 발전기가 개발됐다.

김동성 포스텍 기계공학과 교수 연구팀은 최동휘 경희대 기계공학과 교수와 공동으로 연잎의 구조를 옮긴 물방울 기반 발전기를 개발해 최대 효율인 13.7%를 달성했다고 13일 밝혔다.

물방울 기반 발전기는 물방울이 고체 표면에 닿을 때 전기가 만들어지는 원리를 이용하는 발전기다. 물방울이 고체 표면을 만날 때 발생하는 정전기에서 전기를 얻어낸다. 빗방울이나 안개, 이슬과 같은 마이크로리터(μL, 100만분의 1L) 단위 물에서도 전기를 얻어낼 수 있어 일상생활에서 전기를 모으는 데 활용될 것으로 기대됐다. 그러나 지금까지 개발된 물방울 기반 발전기는 100μL 이상의 큰 물방울이 있어야만 전기를 얻을 수 있어 활용도가 떨어졌다.

연구팀은 표면이 물에 젖지 않는 연잎의 미세 구조를 도입해 빗방울 크기인 6μL 부피 물방울로도 전기를 얻어내는 데 성공했다. 연잎은 표면이 미세한 돌기로 덮여 있다. 물방울보다 작은 돌기가 물과 접촉력을 줄여 물방울이 동그랗게 뭉쳐 미끄러지게 한다. 물방울이 빠르게 튕겨 나가면서 정전기의 힘이 더 커져 전기 수확 효율도 늘어난다. 연구팀의 발전기는 기존 발전기 최대 효율인 11%보다 높은 13.7%를 기록했다.

새로 개발된 발전기는 비가 내리는 것처럼 물을 뿌렸을 때도 작동하는 것으로 나타났다. 물의 산성도에 따라 발전량이 달라 빗방울의 산성도를 확인하는 데도 활용할 수 있었다. 오염된 물에서도 깨끗함을 유지하는 연잎의 특성인 자가 세정 능력도 갖춰 오염이 잘 되는 실외 환경에서도 작동할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다.

김 교수는 “강수 환경에서 발전기의 에너지 수확 능력을 검증했을 뿐 아니라 빗방울 산성도 경보 센서로도 활용할 수 있음을 확인했다”며 “안개나 이슬처럼 주변에서 쉽게 보이는 환경에 맞게 설계하면 환경 모니터링이 가능한 센서 시스템을 구축할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 지난달 11일 국제학술지 ‘나노 에너지’에 실렸다.