‘전기 만드는 실’ 나왔다…배배 꼬면 1㎏에 250와트

한양대팀 탄소나노튜브 꼬아 트위스트론 만들어
초당 30회 수축이완만으로 1㎏에 250와트 생산
배터리 없는 휴대폰·장기간 비행하는 드론 가능
실로 꿰맨 티셔츠 입고 숨만 쉬어도 전기 생산
에너지 하베스터 입증 논문 <사이언스>에 게재

국내 연구진이 탄소나노튜브를 꼬아 만든 인공근육을 늘였다 줄였다를 반복하면 전기를 생산하는 최첨단 실을 개발했다. ‘트위스트론’이라 이름 붙인 이 실을 응용하면 휴대폰을 배터리 없이 작동시키거나 드론에 장기간 전기를 공급할 수 있을 것으로 기대된다.

연구원이 트위스트론 실을 꿰맨 티셔츠를 입고 숨을 쉬자 호흡에 따라 생기는 가슴 넓이의 변화가 전기를 생산했다. 한양대 제공

한양대 전기생체공학부 김선정 교수 연구팀은 24일 “전해질 속에서 잡아당겼다 놓았다를 반복하면 전기 에너지를 생산하는 트위스트론 실을 개발했다. 실은 탄소나노튜브를 꼬아 코일 형태로 만들었다. 실을 잡아당겨 꼬임이 증가하면 부피가 감소하고 이에 따라 전하를 저장할 수 있는 전기용량이 감소해 그 변화량만큼 전기 에너지가 생산된다”고 밝혔다. 연구팀의 논문은 과학저널 <사이언스> 25일(현지시각) 온라인판에 실렸다.

탄소나노튜브는 사람의 머리카락보다 지름이 1만배나 작다. 연구팀은 탄소나노튜브를 꼬아 고강도 고경량 실을 만든 뒤 탄성을 높이기 위해 더욱 과도하게 꼬아 고무밴드 같은 코일 형태로 만들었다. 실의 지름은 60~70마이크로미터(㎛)로 머리카락(평균 100㎛)보다 가늘고 약 30% 정도의 수축이완을 할 수 있다. 이 실을 전해질 속에서 늘였다 줄였다를 반복하거나 회전시키면 전기가 생산됐다.

전해질 속에서 트위스트론 실을 늘였다 줄이자 엘이디 불이 들어왔다. 한양대 제공

연구팀이 58㎝의 트위스트론 실 19.2㎎을 가지고 전해질 속에서 수축이완을 해보니 2.3V짜리 초록색 엘이디를 켤 수 있었다. 이는 실을 초당 30회 정도 수축이완할 때 1㎏당 250W의 전력을 생산할 수 있는 용량이다.

연구팀은 또 강원도 강릉시 경포대에서 트위스트론 실에 풍선을 매달아 바닷물 속에 집어넣어 파도가 칠 때마다 실이 풍선에 의해 25%까지 수축이완하면서 전기를 생산하는 실험을 했다. 트위스트론 실로 꿰맨 티셔츠를 입고 단지 숨만 쉬어도 실의 신축 변화로 전기적 신호가 검출된다는 사실도 입증했다.

연구팀은 강원도 강릉 경포대 바다에서 트위스트론 실에 고무풍선을 매달아 놓아 파도가 칠 때마다 전기가 생산되는 실험을 했다. 한양대 제공

김선정 교수

김선정 교수는 “파도나 온도변화를 활용해 트위스트론 실이 스스로 전기를 생산하는 실험을 통해 에너지 하베스터로 응용할 수 있는 가능성을 보였다”고 말했다. 에너지 하베스터는 열, 진동, 음파, 위치에너지 등 일상적으로 버려지거나 사용하지 않는 작은 에너지를 수확해 사용가능한 전기에너지로 변환하는 장치를 말한다.

연구팀은 트위스트론 실을 활용하면 배터리 없이 휴대폰을 작동시키거나 드론에 연속적으로 전기를 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번 연구에는 미국 텍사스주립대 레이 바우만 교수팀 등 국내외 8개 연구팀이 참여했다.

이근영 선임기자 [e-mail]