강원대 ‘재활용 PET 기반 친환경 나노발전기’ 최초 개발

화학공학전공 임태환 교수 연구팀, 저명 국제학술지에 연구 결과 게제 쾌거
초저주파 환경서도 안정적 전력 생산 … 폐자원 활용 지속가능 에너지 기술

강원대 화학공학전공 임태환 교수. /강원대

강원대는 화학공학전공 임태환 교수 연구팀이 재활용 PET로 만든 부직포 섬유를 이용해 일상적인 움직임 수준의 초저주파(ultralow frequency)에서도 안정적인 전력 생산이 가능한 '친환경 트라이보 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator, TENG)'를 개발했다고 6일 밝혔다.

이번 연구는 강원대 임태환 교수와 이지희·이윤수 석사과정 연구원을 비롯해 대진대 에너지공학부 이주형 교수, 한국생산기술연구원 김시형 수석연구원이 공동으로 수행했다.

연구팀은 폐 PET 부직포를 전기 발생층으로 활용해 접촉 주파수가 5초당 1회에 불과한 느린 운동 조건에서도 LED 구동은 물론 저전력 전자기기를 안정적으로 작동시킬 수 있는 직류 전력을 지속적으로 공급할 수 있는 성과를 거뒀다.

연구팀은 기존 필름형 TENG 모델의 한계를 극복하고 압축 가능한 부직포 구조에서 발생하는 두께 및 유전율 변화에 주목해 새로운 전위차 모델을 제안했다.

연구팀은 이를 '의사 두께'로 정의하고 시간 의존적 변수로 반영한 새로운 정전용량-전압 관계식을 유도함으로써 부직포 섬유 구조의 압축과 회복 과정에서 정전 유도와 전하 축적을 극대화할 수 있음을 입증했다.

이번 연구는 단순한 실험적 성공을 넘어 저주파 환경에서도 효율적으로 작동하는 에너지 수확 기술로서 웨어러블 기기, 바이오 센서 등 다양한 분야에 적용 가능한 차세대 친환경 전력공급 기술로 특히 재활용 소재를 기반으로 하면서도 안정적인 출력 성능을 확보함으로써 지속가능성과 기술력을 동시에 갖춘 사례로 향후 실용화 가능성이 기대되고 있다.

임 교수는 "이번 연구는 버려지는 PET 소재에 새로운 가치를 부여한 의미 있는 성과"라며 "앞으로 생분해성 소재와의 융합을 통해 보다 실용적이고 환경친화적인 에너지 수확 기술로 발전시켜 나가겠다"고 밝혔다.

연구에 참여한 이지희·이윤수 연구원은 "석사과정 중에 이러한 연구성과를 내게 되어 매우 기쁘다"며 "이번 연구가 자원 재활용 및 에너지 하베스팅 분야 발전에 기여하길 바란다"고 전했다.

이번 연구 결과는 나노·에너지 융합 분야의 저명 국제학술지 'Small Structures'(Impact Factor=13.9) 2025년 5월호에 'Sustainable Nonwoven Triboelectric Nanogenerator Including Pseudo-Thickness Enabled Consistent Power Generation in Ultralow Contact Frequency'라는 제목으로 온라인에 게재됐다.