UC Berkeley graduate student Zhen Wang demonstrates a glove with nanofibers attached. When he wiggles his fingers, a computer registers electricity generated by his movement. (Dave Getzschman / For the L.A. Times / April 6, 2010) |
최근 아이팟(iPod)가 젊은 사람들에게 인기이다. 고등학생인 막내 딸은 밖에 다닐 때 아이팟을 달고 다닌다. 미국이나 캐나다에서는 무선랜을 통한 인터넷 연결도 된다. 물론 오래 쓰다 보면 전지가 문제된다.
그런데 몸에서 일어나는 전기를 "나노섬유"를 이용하여 수집하여 아이팟을 충전시킬 수 있는 연구에 대한 내용을 소개한다. 영어 원문 기사는 아래 링크로 들어 갈 수 있다. http://www.latimes.com/business/la-fi-hot-pants-20100520,0,7671184,full.story
버클리 기계공학과의 리에위 린(Liwei Lin)교수가 이끄는 연구팀이 이와 관련하여 독일, 중국 과학자와 공동 연구를 하고 있다. 위 사진은 위 연구팀의 박사과정 학생으로 있는 젠 왕이 나노섬유로 된 장갑을 끼고 손가락을 움직이면 전기가 발생하는 것을 보여주는 사진이다.
물리적으로는 피에조효과(압전효과)의 원리를 이용한 것이다. 압력이나 스트레스를 받으면서 전기가 발생하는 것으로 박수를 쳐도 손바닥에 전기가 발생한다.
몸의 움직임을 장갑이나 옷에 전달이 되어 특수한 나노섬유가 전기를 발생시키는 것이다. 위 목적으로 연구되고 있는 나노섬유의 두께는 500나노미터로 보통 섬유의 1/10, 사람 머리카락의 1/100 두께이다.
전기시계를 돌리기 위해서 10만개의 섬유가 필요하고 아이팟을 돌리기 위해서는 100만개의 섬유가 필요하다고 한다. 그러나 100만개의 섬유의 부피가 모래알 정도 밖에 되지 아니한다. 그러한 섬유를 옷에 집어 넣어 전기를 수집하여 사용하려는 것이다.
지금 위 프로젝트는 미국과학재단(National Science Foundation)에서 35만불(약4억원)의 연구자금을 받아 진행되고 있다고 한다. 이러한 것이 실용화되기 위해서는 몇 년 이상이 걸릴 것이다.
그러나 실용화되면 새로운 산업분야가 생길 것으로 기대한다. 즉 등산객이 디지탈 카메라를 충전하거나, 조깅하는 사람이 핸드폰을 충전할 수도 있다.미국 국방성도 이 기술에 관심이 많다고 한다. 군인들이 무거운 전지를 들고 다니는 수고를 덜어 줄 수 있다.
버클리팀은 전선용 부도체나 고층건물용 페인트에 사용되는 값싼 유기물질인 PVDF(polyvinylidene fluoride)을 재료로 사용한다. 나노섬유를 근접 전기사출이라는 방식으로 만든다. 즉 섬유액을 실리콘 기판 위에 퍼지게 한 후 전기장을 이용하여 물 위에 일정 형태로 섬유가 만들어지게 된다.
죠지아 공대의 연구 팀에서도 나노섬유로 전기를 발생하는 연구를 하고 있다. 다만 죠지아 공대의 경우는 케블라 섬유에 산화아연을 코팅하는 방법을 쓴다. 버클리팀의 경우 섬유의 길이에 제한이 없지만 죠지아 공대의 경우는 섬유 길이가 수 밀리미터에 한정되는 것에서 큰 약점을 가지고 있다.
실리콘 밸리에서 버클리와 라이벌인 스탠포드 대학에서는 나노섬유를 이용한 축전지를 개발하고 있다고 한다. 섬유를 특수한 잉크에 적셔서 축전지를 만들 경우 일반 리튬전지보다 같은 무게에서 3배 이상 축전 용량이 있으면서도 섬유질이기 때문에 신축성이 있는 장점이 있다.
버클리 팀은 상용화를 앞당기기 위하여 벤처투자를 받는 것도 고려한 다고 한다. 다만 직접 상용화할지 기술개발 후 기술이전을 할 것인지는 결정하지 않았다고 한다.
결국은 경제성이 문제일 것이다. 전기를 발생시키는 나노섬유로 만든 옷이 1만불(약1150만원)이면 살 사람이 별로 많지 아니하겠지만 2불(약2300원)이라고 그러면 불티 나가게 팔려 나갈 것이라고 한다.
개인적으로는 경제성과 신뢰성이 확립되어 나노섬유 축전지가 실용화될 경우 그 시장이 훨씬 더 크다고 본다. 그러나 걸어 다니기만 하여도 전기를 발생시키는 옷도 새로운 틈새시장을 열 수 있을 것이다.
우리나라도 전지 등 에너지 분야에서 많은 노력을 하여야 한다. 이미 이 블로그에서 소개한 리튬공기전지(http://blog.daum.net/shkong78/585 참조)나 여기서 소개한 나노섬유를 이용한 발전 또는 축전지에 대해서도 관심을 가지고 연구를 고려하여야 할 것이다. 필요할 경우 미국이나 다른 국가에서 개발중인 기술을 이전받아 상용화하는 것도 검토해야 된다.
