사진설명. 이상민 교수(중앙)와 정지훈 통합과정 재학생 (오른쪽,제 1저자), 허덕재 박사과정 재학생 (왼쪽, 제1저자)

기계공학부 이상민 교수와 용형석 통합과정 재학생(제 1저자) 연구팀이 개발한 정전기 방전 현상을 활용한 고출력 에너지 수확소자가 과학기술정보통신부와 한국과학기술기획평가원이 선정한 “2020년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되었다.

연구팀은 앞서 국내 연구진(최덕현 교수 (경희대학교), 김동섭 박사(한국생산기술연구원, 최경후 박사 (철도기술연구원))과 공동으로 진행한 연구 결과로 2019년 국제 저명 학술지 (2019년 기준 IF = 25.245)'에 게재되어 Front Cover로 선정되었으며, 국내 특허 출원 및 다수의 국내·외 언론사에 소개된 바 있다.

그림설명. 방전 현상을 활용한 발전 소자의 모식도와 기존 정전 소자 대비 출력 크기 비교

소자 내부에 전하를 축적할 수 있는 전하 축적층 (charge accumulating layer)를 설계하였으며, 축적된 전하를 이온 강화 전계 방출 현상(Ion-enhanced field emission)을 활용하여 세계 최고 수준인 평균 피크 개로 전압 400~500V, 평균 피크 폐회로 전류 100~250mA 대역의 출력을 발생시켰고 이는 RMS 기준 3.0 mW의 전력을 생산시킬 수 있다. 또한, 이온 강화 전계 방출 현상이 없는 일반적인 정전소자와 출력을 비교했을 때, RMS 기준 625%의 출력 향상이 있었다.

이상민 교수 연구팀이 개발한 정전 소자는 별도의 접지나 외부 회로가 없으며, 소자 내부에 전하 축적 및 방출을 위한 필름 형태의 간단한 구조가 추가된 일체형 구조를 구현하여 기존 정전 소자 대비 부피적으로 큰 변화가 없으면서도 높은 출력을 생산한다는 점에서 우수하다고 볼 수 있다.

사진설명. 정전기 방전 현상을 활용한 발전 소자를 통해 불이 들어오는 868개의 LED 소자

이상민 교수는 “이온 강화 전계 방출형 정전 소자는 기존 정전 소자에 비해 높은 출력을 발생시킬 수 있어, 현재 IoT 생태계의 한계점으로 지적되고 있는 독립형 전력 생산 기기에 핵심 기술에 제공하며, 국제 산업을 이끌 수 있는 핵심기술을 제공할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.