서울대 연구팀, 작은 물방울로 전기 생산하는 원리 밝혀

산화구리 나노와이어가 배열된 다공성 필름 작동 모식도
[연합뉴스/김연상 교수 제공]

한국연구재단은 서울대 김연상 교수 연구팀이 미량의 물방울로 전기를 생산하는 원리를 규명했다고 26일 밝혔다.

최근 나무의 증산 작용에서 나타나는 모세관 현상을 이용해 적은 양의 물로 많은 전기에너지를 생산하는 에너지 하베스팅 기술이 주목을 받고 있다.

하지만 전기에너지 생성 원리에 대한 이해가 부족해 응용에 한계가 있다.

연구팀은 산화구리 나노와이어(나노미터 굵기의 가는 실)가 배열된 다공성 필름을 만든 뒤 물방울을 떨어뜨려 필름의 젖은 부분과 마른 부분에 놓인 나노와이어의 전하 에너지 준위 차이에 따라 전기를 발생시킬 수 있음을 증명했다.

모세관 현상에 의해 산화구리 나노와이어에 물이 스며들 때 전기에너지를 생산하는 원리를 반도체 공학적으로 밝혔다.
 

산화구리 나노와이어 다공성 필름의 전기 발생 모습
[연합뉴스/김연상 교수 제공]

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물이 스며들 때 물 속 이온이 나노와이어 표면에 흡착되면서 전하 에너지 준위 특성을 변화시키게 된다.

물 속 이온 농도가 증가하면 소자 성능도 높아지는 '이온 발전 현상'이 일어난다는 것을 함께 확인했다.

연구팀은 가로 1.5㎝, 세로 6㎝ 크기의 다공성 필름형 소자 위에 수돗물 수준의 이온 농도를 갖는 소금물을 네 방울(20㎕) 떨어뜨려 0.45V의 전압과 0.23㎂(마이크로암페어)의 전류를 40분 동안 생성하는 데 성공했다.

이온을 포함한 하천수나 바닷물 등 물 자원을 이용한 에너지 하베스팅 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science) 이달 호에 실렸다.