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[여성종합뉴스]인하대(총장‧조명우)는 고분자공학과 위정재 교수 연구팀이 최근 고분자 황을 이용한 마찰발전에 성공하며 새로운 에너지 소재를 찾아내는 데 중요한 성과를 냈다고 26일 밝혔다.

 

위 교수가 1저자인 이종혁(26) 학생을 비롯해 고분자공학과 대학원에 재학 중인 전지수(29), 윤혁준(25) 학생과 물리학과 이민백 교수, 최문강(28) 졸업생, 대학원생 최진혁(26), 충남대 응용화학공학과 이영석 교수 연구팀과 공동으로 발표한 논문 ‘효율적인 마찰전기 에너지 하베스팅을 위한 합리적인 고분자 재료의 분자구조 설계(Rational Molecular Design of Polymeric Materials Toward Efficient Triboelectric Energy Harvesting)’은 불소화한 고분자 황을 마찰발전 소재로 응용한 연구 결과를 담고 있다.

이 논문은 최근 에너지 분야 국제 학술지인 나노 에너지 (Nano Energy)에 게재됐다.
 

이번 연구는 석유를 정제할 때 생겨나는 황을 이용했다는 점에서 이전 연구와 차별된다. 이들은 황으로 필름형태를 한 고분자 황을 만들어 기존 마찰발전 소재로 널리 사용하고 있는 탄소기반 고분자 물질 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)로 만든 필름보다 마찰발전 성능이 높다는 사실을 증명했다.

마찰발전 성능을 가늠하는 핵심 요인인 물질의 전자친화도는 음의 값이 커질수록 마찰 대전 시 물질의 전자 수용량을 늘려주는데, 이는 물질의 음전하성을 향상시키고 반대의 전하를 띠는 물질과의 전위 차이를 증가시켜 마찰 발전 성능의 향상을 유도하게 된다.

 

석유 정제 시 생기는 황은 기존 PTFE를 구성하는 뼈대 물질인 탄소보다 더 큰 전자친화도를 가지면서 강한 음전하 원소인 불소를 탄소에 비해 2개나 더 보유할 수 있다. 이러한 특성을 가진 황을 고분자 형태로 합성하고 필름형태로 만들어 불소화 처리한다. 이어 극한의 음전하성을 가지는 불소화 고분자 황 필름을 제조해 마찰발전 성능을 측정했다.

비슷한 두께를 가진 고분자 황 필름과 PTFE 필름의 마찰발전 성능을 비교하면 고분자 황 필름이 전압은 약 6배 이상, 전류는 3배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 또 4인치 크기의 황 필름에 코로나 방전 처리를 하면 최대 출력이 1400V에 이른다.

마찰발전은 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꿔 쓰는 기술 중 하나로 성능 향상 연구 대부분이 새로운 고분자 재료 개발보다 표면 구조화나 혼성화를 중심으로 진행돼 왔다.

위정재 교수는 “이번 연구는 새로운 고분자 재료를 찾았다는 것 뿐만 아니라 석유를 정제할 때마다 대량으로 생겨나는 황을 활용할 수 있는 새로운 방안을 제안했다는 점에서 의미가 크다”며 “여기에 특정 재료에 국한되어 있던 마찰발전 연구 분야에 새로운 소재 제시했다는 점에서도 중요한 의미가 있다”고 말했다.
 

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