[세종 = 뉴스핌] 김범주 기자 = 중앙대학교는 본교 연구진이 약한 움직임이나 낮은 풍속에서도 높은 출력을 낼 수 있는 '비접촉식 정전소자' 개발에 성공했다고 7일 밝혔다.

이번에 개발된 기술은 방전 현상에서 나타나는 전자 증식 현상을 이용해 비접촉식 움직임에서도 고출력 발전이 가능한 '고출력·고효율 비접촉식 정전소자'이다.

고출력 비접촉식 정전소자의 구조 모식도 /제공=중앙대학교

중앙대 기계공학부 이상민 교수 연구팀은 금오공대 정지훈 교수, 연세대 홍진기 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 차세대 발전 기술을 개발했다.

연구팀은 비접촉식 구조에서 폴리머 층 표면의 정전기 유도 현상을 분석해 이온화 게이트를 연결했을 때 방전을 통해 전압 증폭과 전자 증식 현상이 발생한다는 점을 확인했다.

단일 층 기준으로 최대 1.5kV, 2.5A의 피크 전압 및 전류를 발생시킬 수 있으며, 층을 쌓는 형태로 구조를 확장하면 같은 입력 에너지에도 더 높은 전기 출력이 가능해 최고 21.2W/㎡의 전력밀도를 지니는 정전소자도 구현할 수 있었다.

해당 소자는 비접촉식 구조로 약한 움직임에도 작동 가능하다. 연구진은 낮은 풍속에도 높은 효율을 가지는 사보니우스형 풍력 블레이드를 적용한 풍력 발전소자도 개발했다.

해당 풍력 발전소자는 매우 낮은 바람 속도(4m/s 이하)에서도 높은 전력 출력이 가능하며, 3m/s의 바람 속도에서는 최대 46.9mW, 4m/s에서는 최대 168.6mW의 전력을 생산했다. 개발된 발전소자를 통해 상용 센서 및 3000개의 LED 구동을 확인했으며, 생산된 전력으로 수소를 생산할 수 있는 가능성도 확인했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구 사업, 산업통산자원부의 수요기업 맞춤형 고출력축전기(슈퍼커패시터) 성능 고도화 기술개발 사업의 연구비를 지원받아 진행됐다.

이상민 교수는 "낮은 입력 에너지에서도 큰 출력을 발생시킬 수 있는 고효율 발전 소자에 대한 연구"라며 "풍력 발전 뿐만 아닌 다양한 분야에서 응용이 기대되는 신기술"이라고 말했다.

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