DGIST 김봉훈 교수팀, 3차원 스마트 에너지 소자 개발…"에너지 소비 절감에 효율적 해결책 제시"

대구경북과학기술원(DGIST)은 13일 로봇 및 기계전자공학과 김봉훈 교수팀이 가역적인 가열과 냉각 성능을 모두 갖춘 ‘3차원 스마트 에너지 소자’를 개발했다고 밝혔다.

이번 연구 결과는 에너지 소비 절감을 위한 효율적인 해결책을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

연구는 DGIST 김봉훈 교수를 비롯해, KAIST 기계공학과 이봉재 교수, 고려대학교 신소재공학부 이헌 교수팀과 공동으로 진행했다.

전 세계 에너지 소비의 약 50%는 난방과 냉방에서 비롯되며, 이는 지구 온난화와 대기 오염 같은 심각한 환경 문제를 유발한다.

이를 해결하기 위해 태양과 외부 공기를 각각 열원과 냉원으로 활용해 자발적으로 온열 및 냉열을 생성하는 태양열 흡수 및 복사 냉각 기술이 친환경적이고 지속 가능한 냉난방 설루션으로 주목받고 있다.

하지만, 지금까지 다양한 태양열 흡수 및 복사 냉각 소자가 개발되었으나 대부분은 냉방이나 난방 중 하나에만 집중하거나 대규모 시스템만을 제안하는 한계가 있었고, 냉난방 기능의 조절도 제한적이었다.

김 교수 연구팀은 이런 문제점을 해결하기 위해 하나의 소자에서 가역적인 가열 및 냉각 성능을 구현한 ‘3차원 스마트 에너지 소자’를 개발했다.

이 소자는 기계적 박리 공정을 통해 3차원 구조가 열리면 실리콘 탄성체와 은으로 구성된 하부층이 노출돼 복사 냉각이 발생하고, 3차원 구조가 닫히면 검정 페인트가 태양열을 흡수해 가열이 이뤄지는 원리로 작동한다.

연구팀은 이러한 가역적인 구조 변화를 피부, 유리, 강철, 알루미늄, 구리, 폴리이미드 등 다양한 기판에서 평가했으며, 구조의 각도에 따라 냉난방 성능을 조절할 수 있어 마크로 및 마이크로 크기의 소자에서 온도 조절이 필요한 건축물과 전자 소자의 에너지 소비 절감에 효율적인 해결책을 제공할 수 있다는 것을 입증했다.

이번 연구 결과는 ‘Advanced Materials’에 표지논문으로 선정, 발표됐다.

김봉훈 교수는 “이번 연구 성과가 저명한 국제 학술지의 표지논문으로 선정돼 매우 영광스럽다”며 “앞으로 해당 성과가 산업 현장 및 건축물 등에서 에너지 소비 절감에 활용될 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

김홍철기자 khc@idaegu.co.kr