- 인간 신체가 발산하는 열을 지속가능한 에너지원(源)으로 활용 가능
- ‚나노접속체’로 초소형화・착용감 개선할 수 있어
[녹색경제신문 = 박진아 유럽 주재기자] 인체에서 발산되는 열기로 손목시계나 개인 휴대용 에어컨을 작동하는데 필요한 전력을 공급할 수 있는 이른바 체온 구동 웨어러블 디바이스가 상용화될 날이 성큼 다가왔다.
인간의 체온을 미래 지속 가능한 에너지 자원으로 활용한다? — 언뜻 공상과학에서나 나올 법한 얼토당토않은 이야기로 들릴 수도 있지만 실제로 이미 전 세계 과학자들은 이미 오래전부터 체온을 포집해 전지에 저장하는 열전기 기술을 연구해왔다.
최근 호주 퀸즐랜드 과기대(Queenslands University of Technology, QUT)의 한 연구진은 사람의 체온 변화에서 발생하는 열에너지를 포착해 극도로 얇고 쉽게 구부러지는 피막에 충전할 수 있는 열전기(thermoelectric) 건전지 디자인을 고안했다고 세계적인 저명한 학술지인 ‚사이언스(Science)‘ 2024년 12월 12일 자( vol. 386, 6727호, 1265~1271쪽)에 발표했다.
퀸즐랜드 과기대 연구팀이 개발한 열전기 전지는 크기가 매우 작다는 장점 외에도 잘 휘고 유연하기 때문에 특히 피부에 직접 닿으며 편안하고 접촉된 상태에서 인체의 열과 주변 공기를 흡수해 전기로 전환시키는데 매우 적합하다고 이 연구 발표문을 설명한다.
이제까지 기성 열전기 건전지 프로토타입에는 텔루륨화비스무트(bismuth telluride) 화합물을 기초로 반도체가 내장돼 제작된다.
비스무트텔루르화합물 반도체는 가령, 심박동, 온도, 동작 측정 등에 사용되는 저출력 전자기기 애플리케이션용 전력 공급에 적합하다.
여기에 연구진은 ‚나노접속체(nanobinder)‘라는 초미세 결정입자로 구성된 피막을 3D 프린터로 인쇄한 후 나노결정체를 고온과 고압력에 노출시켜 녹인 상태로 텔루륨화비스무트 막에 부착시키는 공법으로 체온 건전지를 제조했다. 이렇게 완성된 체온 건전지는 A4 용지 크기만 한 얇고 유연한 피막 형태를 띤다.
최근 대중 소비자들 사이에서 관심과 수요가 꾸준히 증가하고 있는 개인용 웨어러블 무선 디바이스에 무공해 전력을 공급하는데 기여할 수 있는 지속 가능한 에너지 공급 기술임에 분명하다.
연구진은 미래 소형 웨어러블 테크 디자인 제품들, 특히 스마트워치에 응용하는데 가장 적합하다고 전망한다.
또, 열전기 효과는 주변 대기 온도나 인간의 체온의 낙차로부터 발생하는 전압으로 전력을 발전시키는 원리로 가장 널리 실내 냉각용 에어컨이나 냉장고 가동에 응용된다.
그런 점에 착안해 열전기 효과를 이용한 이 체온 건전지는 부품 공간이 비좁은 스마트폰과 랩탑 컴퓨터 등 모바일 디바이스에 내장된 칩이 과열되는 것을 방지하는 등 디바이스의 냉각 관리용 부품으로도 활용될 수 있을 뿐만 아니라 해마다 여름철 폭염이 악화되는 기후 변화 시대에 사용자에게 더위를 식혀주는 개인용 웨어러블 에어컨으로도 응용될 수 있다.
본격적인 상업적 규모의 대량 생산 및 상용화 단계로 접어들기까지 디자인과 소재 면에서 개선돼야 할 점도 있다. 전지가 부착되는 표피가 좀 더 유연해야 한다는 점, 제조 공법의 난해성, 높은 제조 원가, 성능 효율성 부족 등이 최우선적 해결 과제이나 이 같은 디자인적 미비점이 해결되면 기술적 상용화는 시간 문제라고 연구진은 주장한다.
박진아 유럽 주재기자 gogreen@greened.kr
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