‘연결된 다중 스트립 플러터 구조’로 4m/s 저풍속서 ICC 1.09A·VOC 412.4V 달성…저소음·저구동속도 장점
중앙대학교 기계공학부 이상민 교수 연구팀이 마찰대전 나노발전기(TENG)의 출력과 실용성을 동시에 끌어올린 차세대 정전 소자를 개발했다.
해당 연구에는 전현경(학부 4학년) 학생과 차경환(석박사통합) 학생이 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 에너지 분야 권위지 Nano Energy에 게재됐다.
연구팀은 기존의 정전기 유도 방식 대신 ‘정전기 방전’을 핵심 발전구조로 채택한 ‘End‑Linked Multistrip‑Flutter’(연결된 다중 스트립 플러터 구조)를 제안했다.
단일 스트립 플러터에 칼집을 넣어 전기장이 집중되는 모서리에서 방전이 일어나도록 설계하고, 복수의 스트립을 전기적으로 연결해 각 스트립의 독립적 운동으로 출력이 누적되게 한 것이 핵심이다.
그 결과 4m/s 풍속에서 개방회로전압(VOC) 412.4V, 단락회로전류(ICC) 1.09A를 기록하며 기존 마이크로암페어급 출력을 A단위로 대폭 향상시켰다.
연구진은 이 소자로 3,000개의 LED를 점등하거나 상용 온습도계를 구동하는 등 실사용 수준의 에너지 수확성을 입증했다. 또한 최소 구동 풍속과 작동 소음이 낮아져 도시·주거 환경 인근에도 적용 가능성이 높아졌다.
공동 제1저자 전현경 학생은 “밤낮없이 함께 연구한 선배들과 지도해주신 이상민 교수님께 감사드린다. 대학원 진학 후에도 성과를 이어가겠다”고 소감을 전했고, 이상민 교수는 “내부 구조의 간단한 변경만으로 성능을 크게 끌어올릴 수 있어 다양한 환경에 맞춘 응용연구로 확장 가능하다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단(기초연구실·중견연구사업)과 경찰청(과학적 범죄수사 고도화 기술개발) 연구비 지원으로 수행됐으며, 논문은 Nano Energy(IF 17.1, JCR 상위 5.1%)에 ‘End‑Linked Multistrip‑Flutter Triboelectric Nanogenerator for Enhanced Electrostatic Discharge Output and Frequency’라는 제목으로 게재됐다.