기계공학과 최동휘 교수 연구팀이 휴대용 하이브리드 에너지 발전 소자를 개발했다. 개발한 소자는 전자기 및 정전기의 두 가지 방식의 발전 방식을 융합해 높은 범용성을 지닌다.

기계공학과 최동휘 교수 연구팀, 휴대용 하이브리드 에너지 발전 소자 개발
기존 발전 소자와 달리 높은 범용성으로 주목

기계공학과 최동휘 교수 연구팀이 휴대용 하이브리드 에너지 발전 소자(shaft-shared triboelectric-electromagnetic hybrid portable energy harvester, STEP)를 개발했다. 개발한 소자는 두 가지 방식의 발전 방식을 융합해 높은 범용성을 지닌다. 연구는 학문적 의미를 인정받아 국제 학술지인 <Nano Energy(IF=19.069)> 1월 호에 게재됐다. 특히 논문 제1 저자로 김유섭 학생(기계공학과 18학번)이 참여해 이목을 끈다.

조명, 바이오, 보안 등 다양한 산업군에서 활용 가능
에너지 하베스팅 기술은 일상 환경에서 낭비되는 에너지원을 전기 에너지로 변환하는 신재생 에너지 기술로, 다른 신재생 에너지 기술과 달리 상대적으로 작은 장비 크기와 휴대성이 특징이다. 이러한 특성으로 에너지 하베스팅 기술은 지속 가능한 미래형 분산 발전의 디딤돌로 주목받고 있다. 김유섭 학생은 “3학년 때 프로젝트 및 세미나 수업에서 에너지 하베스팅 기술을 처음 접하게 됐다. 버려지는 에너지를 수확해 전기를 만든다는 개념이 흥미로워 학부 연구생을 시작하게 됐다”며 연구 시작 배경을 밝혔다.

최동휘 교수 연구팀은 정전기 기반 전력 생산 방식(Triboelectric Nanogenerator)과 전자기 기반 전력 생산 방식(Electromagnetic Generator)을 기계공학적 설계로 융합해 에너지 수급 상황에 따라 다양한 전기 에너지를 공급할 수 있는 소자를 개발했다. 높은 기전력 에너지가 필요하면 정전기 방식으로, 고전류 에너지가 필요하면 전자기 방식으로 전력을 생산한다. 김유섭 학생은 “최근 소형 전자기기에 새로운 형태로 전력을 공급하기 위한 방식으로 분산형 발전 방식이 주목받고 있는데, 이번 발전 소자는 분산형 발전기로 충분히 활용 가능하다”며 의의를 설명했다.

기존의 에너지 하베스팅 기술은 발전 원리에 따라 태생적 특성을 보여 광범위한 활용에 제한이 있었다. 하지만 연구팀이 개발한 발전 소자는 이와 달리 높은 범용성을 보였다. 최동휘 교수는 “하이브리드 발전 소자만으로 가시광선, 적외선, 자외선 등의 다양한 파장의 기능성 LED를 구동시켰다”며 “개발한 발전 소자는 조명, 바이오, 안전, 보안 등 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용될 것”이라고 말했다.

최동휘 교수 연구팀이 개발한 발전 소자 개념도.

학부연구생 경험이 대학원 진학으로 이어져
학부연구생으로 SCIE 학술지에 논문을 게재했다는 사실은 김유섭 학생에게 큰 동기부여가 됐다. 그는 “처음 SCIE 학술지에 논문 투고 제안을 들었을 때 사실 SCIE 급이라는 의미를 이해하지 못했다. 단지 실험을 잘 마무리했을 때 행복한 마음과 흥미를 느꼈다”며 “최동휘 교수님 연구실에서 학부연구생이 단순 연구 참여를 넘어 주도적인 입장에서 연구할 수 있도록 환경을 마련해줬다. 주도적 마음으로 프로젝트를 끝까지 마무리할 수 있었다”고 말했다.

반복되는 실패로 얻은 교훈도 있다. 개발한 소자 범용성 시연 과정에서 자외선 LED 구동을 연달아 실패했다. 특성 분석 결과로는 구동 가능하다고 나와 당황스러운 상황이었다. 이로 인해 한 달이 넘는 시간이 지연됐다. 문제를 해결하기 위해 처음으로 돌아가 발전소자의 설계부터 LED 회로 구성까지 다시 되짚어 문제를 발견해 직접 해결했다. 김유섭 학생은 당시를 떠올리며 “인내심을 가지고 문제를 분석해 차근차근 밟아나가다 보면 성공에 도달할 수 있다는 사실을 배웠다”고 말했다.

연구를 함께 진행한 라윤상 박사는 “학부 팀 프로젝트를 시작하는 사람은 많지만, 그 결과를 논문까지 이어가는 사람은 드물다. 김윤섭 학생이 지도교수와 멘토링을 적극적으로 따라와 좋은 결과를 이뤘다”며 멘티를 칭찬했다.

김유섭 학생은 다가오는 3월 대학원 진학을 결정했다. 그는 “대학 생활 동안 학부연구생 프로젝트만큼 몰입했던 순간이 없었다. 연구를 진행하며 관련 분야의 발전에 조금이나마 기여할 수 있다는 점은 굉장한 보람으로 다가왔다. 연구 경험이 대학원 진학으로 이끌었다”고 설명했다. 김유섭 학생은 융합형 발전 소자 개발 경험을 토대로 기계적 최적 설계를 통한 환경 적응형 에너지 하베스팅 소자 개발 연구를 진행할 계획이다.

김유섭 학생은 “연구 경험이 대학원 진학으로 이끌었다”며 3월 대학원에 진학할 예정임을 밝혔다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

ⓒ 경희대학교 커뮤니케이션센터 communication@khu.ac.kr

포커스 기사 원문: https://www.khu.ac.kr/kor/focus/detail.do?seq=2176306&page=1&pageSize=5