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NEW 윤태광 교수팀, 일교차로 물을 모아 전기 만드는 에너지하베스팅 기술 개발
- 2025-07-08
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(사진) 에너지 생성 시스템 및 메커니즘 개략도_(a) 일교차에 의한 물 순환을 통해 구동되는 자율 전기 에너지 하베스팅 시스템 (b) UiO-66-NH₂를 이용한 물 수확 메커니즘 (c) Ni3(HITP)2를 이용한 전기 에너지 생성 메커니즘 (d) 주변 환경 조건에서 자율 물 수확 및 지속 가능한 전기 에너지 생성 시스템
낮과 밤의 일교차를 활용하여 공기 중 수분을 모으고 이를 전기에너지로 바꾸는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
아주대 윤태광(응용화학생명공학과) 교수와 한국생산기술연구원(생기원) 윤기로 수석연구원 공동 연구팀은 오지나 물이 부족한 사막 등 극한 환경에서도 외부 물 공급 없이 스스로 전력을 생산할 수 있는 신개념 에너지 하베스팅 시스템을 선보였다.
이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 'Composites Part B: Engineering (JCR 상위 1%)'에 'Sustainable electrical energy harvesting via atmospheric water collection using dual-MOF systems'라는 제목으로 게재됐다. 제1저자로는 이지현(한양대 석박통합과정), 김동연 (KAIST 박사과정), 이용균(아주대 석사과정) 학생이, 공동 교신저자로는 아주대 윤태광 교수와 생기원 윤기로 수석연구원이 참여했다.
기존의 물 기반 에너지 하베스팅 기술은 '젖은 면과 마른 면의 전위차'를 활용해 전기를 생산했지만, 항상 외부에서 물을 공급해줘야 하는 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 식물의 증산작용과 모세관 현상에서 착안, 두 종류의 금속-유기 구조체(MOF)인 UiO-66-NH2와 Ni3(HITP)2를 결합했다. 이를 통해 대기 중 수분을 스스로 모아 전기를 발생시키는 완전 자율형 시스템을 구현했다.
UiO-66-NH2는 밤의 차가운 공기에서 수분을 흡수하고, 낮의 더운 공기에서 흡수한 수분을 방출한다. 방출된 수분은 Ni3(HITP)2가 성장된 섬유 표면에 응축되며, 이때 섬유의 비대칭적인 젖음으로 인해 전위차가 발생하고 전기가 흐르게 된다. 이 과정을 통해 연구팀은 최대 전력밀도 2.6μW/cm3, 에너지 밀도 1.1mJ/cm3를 달성하는 데 성공했다.
특히 UiO-66-NH2는 일반적인 환경은 물론 저습 환경에서도 뛰어난 수분 흡탈착 성능을 보여 다양한 환경에 적용할 수 있는 가능성을 열었다. 연구진은 사막, 해안, 내륙 등 실제 기후 환경을 모사한 실험을 통해 각 환경에서 자가 수분 생성 및 전기에너지 생산 기능이 안정적으로 작동함을 입증하기도 했다.
윤태광 교수는 “이번 연구는 외부 전력이나 물 공급 없이도 작동 가능한 자립형 에너지 하베스팅 시스템의 실현 가능성을 보여준다”며, “향후 재난 현장이나 에너지 접근성이 낮은 지역에서 새로운 대안이 될 수 있길 기대한다”고 밝혔다.
윤기로 수석연구원은 “이번 시스템은 극한 기후나 인프라가 부족한 지역에서도 손쉽게 전기를 얻을 수 있는 기술적 기반을 마련한 것”이라며, “탄소중립 사회를 향한 지속 가능한 에너지 기술의 실질적 기여로 이어지길 바란다”고 전했다.
이번 연구는 한국연구재단의 ‘해외우수연구기관 협력허브 구축사업’의 지원을 받아 수행되었다.
[에너지하베스팅(Energy Harvesting : 자연적인 에너지(태양광, 진동, 열, 바람, 파도 등) 또는 일상생활에서 버려지는 에너지를 수집하여 전기에너지로 재상산하는 기술)
(사진) 뒷줄 왼쪽부터 시계 방향으로 아주대 윤태광 교수, KAIST 김동연 연구원, 생기원 윤기로 수석연구원, 아주대 이용균 연구원, 한양대 이지현 연구원