성균관대 강보석 교수 공동연구팀, 고성능 웨어러블 열전 소자 개발

충전이 필요 없는 스마트 웨어러블 디바이스 시대의 도래
대규모 양산 가능한 공정 도입으로 웨어러블 디바이스의 충전 솔루션으로 기대

성균관대(총장 유지범)는 17일 강보석 교수 연구팀이 김대건 가천대 교수팀과 협력해 모든 구성 요소가 신축성을 지닌 고성능 웨어러블 열전 발전 소자 개발에 성공했다고 밝혔다

웨어러블 디바이스는 헬스케어, 증강 현실(AR), 사물인터넷(IoT) 기술의 발전과 함께 연평균 17.6%의 높은 시장 성장률을 기록하고 있다. 하지만 작고 가벼운 특성상 배터리 용량이 제한될 수밖에 없으며, 잦은 충전으로 인한 사용성 저하와 배터리 폭발 등의 문제로 인해 웨어러블 디바이스를 위한 새로운 충전 솔루션에 대한 지속적인 수요가 있었다.

열전 소재는 열에너지로부터 직접 발전할 수 있어 인간의 체온을 직접 활용할 수 있지만, 기존에는 중금속 위주로만 소재가 개발돼 인체에 대한 독성 및 부족한 신축성으로 항공·우주 분야 등 특수한 영역에서만 제한적으로 사용됐다.

이에 연구팀은 열전 소재 내부에 신축성을 담당하는 네트워크와 열전 발전을 담당하는 네트워크를 순차적으로 도입해 세계 최고 수준의 열전 성능을 달성했다. 또 소재를 1.4배까지 늘렸을 때도 90% 이상의 성능을 유지했다.

열전 소재뿐 아니라 전극과 배선도 용액 공정만으로 제작해 웨어러블 열전 소자의 양산 가능성을 확보하고, 체온을 이용한 발전 가능성을 입증했다. 연구팀은 이를 바탕으로 자가 충전이 가능한 스마트 웨어러블 디바이스 개발을 추진할 계획이다.