POSTECH은 화학공학과 전상민 교수와 통합과정 송민재 씨 연구팀이 공기 중 습기만으로 전기를 생산하는 ‘수분 발전기(MPG, Moisture-induced Power Generator)’의 성능을 기존 대비 100배 이상 향상시키는 신기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 『나노 에너지(Nano Energy)』 온라인판에 게재됐다.
연구팀은 ‘연쇄적 이온–레독스 증폭 메커니즘’을 제안해 출력과 구동시간을 동시에 크게 개선했다. 기존 기술은 수분 흡착 과정에서 전하 운반 이온이 줄고, 축적된 이온들이 확산을 방해해 성능이 급격히 떨어지는 한계를 안고 있었다. 이에 연구팀은 음전하 고분자인 PSSA와 양전하 고분자인 PDDA를 층층이 쌓고, 카본 전극에 전도성 고분자인 PANI와 PPy를 결합한 새로운 장치를 제작했다. 이를 통해 흡수된 수분이 도미노처럼 연쇄 반응을 일으키며 전류를 강하게, 오래 유지하도록 했다.
또한 연구팀은 알루미늄 메쉬 전극을 추가해 전하 운반체 역할을 하는 Al³⁺ 이온을 활용, 최대 단락 전류 밀도 15.3 mA/cm², 출력 밀도 1.33 mW/cm²(상대습도 75%)를 기록했다. 이는 기존 장치 대비 약 100배 향상된 성능으로, 연구팀은 8개 소자를 직렬로 연결해 외부 전원 없이도 블루투스 저에너지(BLE) 무선 센서를 구동하는 데 성공했다.
이 기술은 날씨에 영향을 받는 태양광·풍력 발전과 달리 공기만 있으면 전기를 생산할 수 있어, 스마트팜, 웨어러블 기기, 사물인터넷(IoT) 센서 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.
전상민 교수는 “공기 중 수분은 어디에나 존재하는 무한한 자원”이라며 “이번 연구는 친환경 자가발전 기술의 실사용과 상용화에 한 걸음 더 다가선 성과”라고 말했다.