활동 시 발생하는 땀과 움직임을 에너지원으로 활용하는 '스마트 의류' 섬유 기술이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 송현철 전자재료연구센터 책임연구원 연구팀이 다양한 습도 조건에서도 전기를 발생시키는 스마트 의류용 섬유 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 연구 결과는 에너지 재료 분야 학술지 '어드밴스드 에너지 메터리얼즈'에 5월 게재됐다.
스마트 의류는 의류가 주변 환경이나 외부의 자극을 스스로 감지하고 스마트폰을 활용한 온도 조절 기능을 탑재하는 등 패션에 정보기술(IT)을 결합한 형태의 의류 제품이다.
연구팀은 마찰전기 섬유와 땀 전지 섬유를 직조해 전기를 발생시키는 섬유 기술을 개발했다. 사람이 활동할 때 발생하는 마찰 뿐만 아니라 마찰전기 섬유의 전력 효율을 저하하는 습기와 땀까지도 전기에너지로 활용하는 원리다.
마찰전기 섬유는 흔히'스판'이라 불리는, 탄성이 있는 고분자 화합물인 탄성중합체와 혼합된 용질(설탕)을 녹여 만든다. 섬유의 마찰 표면적을 증가시켜 에너지 효율을 높였다.
연구팀은 또 땀이나 물 같은 액체의 비대칭 습윤성에 의해 전기에너지가 생산되는 '땀 전기 섬유'에 이온 염(ionic salt) 및 파릴렌(parylene-C)을 코팅해 섬유가 어떤 습도 조건에서도 비대칭 습윤성을 유지하고 발전 성능이 향상되도록 했다. 비대칭 습윤성이란 땀 전지 섬유 한쪽 끝에 땀·물 등의 액체를 떨어뜨리면 액체의 젖은 영역과 마른 영역에서 전하 에너지 준위 차이가 발생해 전기 에너지가 생기는 성질을 말한다.
연구팀은 마찰전기 섬유와 땀 전기 섬유를 직조방식으로 결합해 습기에 취약한 마찰전기 섬유와 전력 효율이 낮은 땀 전지 섬유의 단점을 상호보완했다. 마찰전기 섬유 1개와 땀 전지 섬유 36개 (3개 병렬, 12개 직렬)로 구성된 의류용 섬유 두 개를 연결해 배터리 없이 인체의 움직임과 땀만으로 3볼트(V)위치 추적 센서를 구동하는 데 성공했다.
연구팀은 "단순한 코팅 공정과 직조 기술만으로 대량 생산이 가능해 제작 단가와 공정시간을 획기적으로 절감할 수 있다"라고 설명했다. 이어 "10회 이상 반복 세탁해도 전기에너지 발생 특성이 유지됐다"라고 밝혔다.
연구를 이끈 송 책임연구원은 이번에 개발한 기술에 대해 "의류형 전자기기 및 웨어러블 디바이스 전분야에 활용 가능하지만 특히 소방관, 군인, 산악인 등 극한 환경에서 활동하는 종사자들을 위한 전원공급원이 될 수도 있다"고 설명했다.
