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배터리가 필요없는 IoT 무선 센서용 독립전원기술 개발
자율 독립전원에 적용된 에너지 변환 소자의 개념도. (게재 학술지 Energy & Environmental Science지의 전면 표지 그림). ⓒ 과학기술정보통신부

인체에 유해한 것으로만 인식되어져 왔던 자기장 노이즈를 활용해 전기에너지로 변환하는 기술이 개발됐다.

류정호(교신저자, 영남대 교수), 김광호(공동교신저자, 미래소재연구단 단장), S. Priya교수(공동교신저자, 미국 펜실베니아 주립대 교수/연구부총장), 한병동 박사(공동저자-재료연구소) 등이 공동 연구한 이 연구결과는 에너지 환경 분야 학술지인 Energy & Environmental Science의 4월호 전면 표지논문으로 게재됐다.

이번 연구는 미세한 자기장변화에 따라 늘어나거나 줄어드는 금속소재(자왜금속소재(Ga-Fe 합금))와 변형이 생기면 전기에너지를 발생시키는 압전소재를 결합하여, 일상의 자기장 변화를 전기에너지로 변환시키는 기술을 개발했다. 

특히, 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 설계했다.

자율 독립 전원을 사용하여 소형 쿼드로터 드론을 충전, 비행하는 모습. 쿼드로터 드론에 내장된 100 mAh 리튬이온전지를 자율 독립 전원으로 충전한 뒤 약 1분간 비행했다. ⓒ 과학기술정보통신부

그 결과 IoT 무선 센서를 배터리 없이 지속적으로 구동하기에 충분한 수준인 mW 이상의 직류 전력을 발생시키는데 성공하였다. 

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. 

(사진 좌측부터) 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단 김광호 단장과 영남대 류정호 교수

기술인 신문 / 이승준 기자 ( pe55sj@gmail.com )

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