정전기 활용 ‘나노발전’ 기술 뜬다

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경영정보 ㅣ 특허변리 정전기 활용 ‘나노발전’ 기술 뜬다 골칫거리 ‘정전기’가 에너지원…옷 입고 움직이면 휴대폰 충전

기사입력2016-10-09 13:33

채민선 기자 (iscra79@junggi.co.kr) ㅣ다른기사보기

건조한 겨울철이 되면 옷이나 머리카락 등과 닿으며 따끔한 ‘정전기’ 충격을 경험하게 된다. 일상에서 골칫거리로 여겨지지만 가까운 미래에는 정전기가 나노발전기의 에너지원이 될 수 있을 것으로 기대된다.

<그래픽=채민선 기자, 자료=특허청> ©중기이코노미

나노발전기란 머리카락 굵기의 10만분의 1인 나노크기의 물질을 이용해 인체의 움직임 등과 같이 일상에서 흔히 발생하는 기계적 에너지로부터 전기에너지를 수확하는 첨단 기술이다.

나노발전기는 배터리 교체나 외부충전이 필요 없는 반영구적 전원장치이기 때문에 무선 네트워크 등에 장착되는 각종 센서나 웨어러블 기기를 위한 미래 대체전원으로 큰 기대를 모으고 있다. 온라인 시장조사 웹사이트 아이디테크엑스에 따르면 지난해 200억달러(약 23조8000억원) 선이었던 웨어러블 기기 시장 규모는 오는 2025년 700억달러(약 83조3000억 원)까지 늘어날 전망이다. 나노발전기 시장은 웨어러블 시장의 성장과 함께 그 규모가 커질 것으로 전망된다.

나노발전기는 크게 두 가지로 구분된다. 압전소자에 미세한 압력을 가했을 때 전기가 발생하는 압전효과를 이용하는 ‘압전형’과 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 정전기가 생기는 정전효과를 이용하는 ‘마찰형’이 있다. 지금까지는 압력을 활용하는 압전형 기술이 나노발전기의 기술을 주도했다면 최근 정전기를 활용하는 마찰형 기술로 중심이 옮겨가고 있다.

<그래픽=채민선 기자> ©중기이코노미

9일 특허청에 따르면 나노발전기 관련 특허는 최근 5년간 총 382건이 출원됐고, 이중 마찰형이 111건, 압전형이 243건이었다. 출원비중은 압전형이 64%로 크지만 마찰형의 특허출원 추이가 2012년 0건에서 2015년 42건으로 급증세를 보이고 있다. 반면, 압전형은 2012년 78건에서 2015년 39건으로 급감한 것으로 나타났다.

마찰형 나노발전 특허가 증가하고 있는 이유는 마찰형이 압전형보다 제작이 상대적으로 쉽고 발전소자 구조를 제어함으로써 더 큰 출력을 얻을 수 있기 때문이다.

최근 특허출원 한 ‘직물형 마찰전력 자가발전장치 및 이를 구비한 직물제품’은 서로 다른 전기 음성도를 가지는 제1, 2 마찰섬유의 마찰에 의해 마찰전기 에너지를 생성하는 자가 발전장치를 직물제품에 부착해 전기를 만드는 기술이다. ‘플레시블 마찰 전기 발전기 및 이를 포함하는 웨어러블 에너지 장치’ 특허기술은 팔과 몸체 사이에 발생하는 수평·수직 마찰을 모두 이용해 마찰전기 에너지를 생성할 수 있도록 탄소직물 상에 패터닝된 소재들을 교대로 배치하는 기술이다. 이 기술들이 상용화되면 옷을 입고 일상생활을 하는 것만으로 휴대폰이나 웨어러블 기기를 위한 전기를 충당할 수 있는 시대가 된다. 마찰형 나노발전기 시장은 잠재력이 큰 만큼 연구역량을 집중할 필요가 있다.