[LAB을 찾아서]일교차 활용해 전기 만든다…아주대 연구팀 신기술 개발아시아경제 기사제공: 2025-07-11 11:21:48

아주대학교 연구팀이 일교차를 활용해 공기 중 수분을 모으고, 이를 전기에너지로 바꾸는 기술을 개발했다.

아주대는 윤태광 아주대 응용화학생명공학과 교수와 윤기로 한국생산기술연구원 수석연구원 공동 연구팀이 오지나 물이 부족한 사막 등 극한 환경에서도 외부 물 공급 없이 스스로 전력을 생산할 수 있는 신개념 에너지하베스팅(Energy Harvesting) 시스템을 개발했다고 11일 밝혔다.

에너지하베스팅은 태양광, 진동, 열, 바람, 파도 등 자연에너지나 일상생활에서 버려지는 에너지를 수집해 전기에너지로 재생산하는 기술이다.
기존의 물 기반 에너지하베스팅 기술은 '젖은 면과 마른 면의 전위차'를 활용해 전기를 생산했지만, 항상 외부에서 물을 공급해줘야 하는 한계가 있었다.
연구팀은 한계를 극복하기 위해 식물의 증산작용과 모세관 현상에서 착안한 두 종류의 금속·유기 구조체(MOF)인 UiO-66-NH2와 Ni3(HITP)2를 결합했다.
이를 통해 대기 중 수분을 스스로 모아 전기를 발생시키는 완전 자율형 시스템을 구현했다.

UiO-66-NH2는 차가운 밤공기에서 수분을 흡수하고, 낮의 더운 공기에서 흡수한 수분을 방출한다.
방출된 수분은 Ni3(HITP)2가 성장한 섬유 표면에 응축되며, 이때 섬유의 비대칭적인 젖음으로 인해 전위차가 발생하고 전기가 흐르게 된다.
연구팀은 이 과정을 통해 최대 전력밀도 2.6μW/cm3, 에너지 밀도 1.1mJ/cm3를 달성하는 데 성공했다.

특히 UiO-66-NH2는 일반적인 환경은 물론 저습 환경에서도 뛰어난 수분 흡·탈착 성능을 보여 다양한 환경에 적용할 수 있는 가능성을 열었다.
연구진은 사막, 해안, 내륙 등 실제 기후 환경을 모사한 실험을 통해 각 환경에서 자가 수분 생성 및 전기에너지 생산 기능이 안정적으로 작동함을 입증하기도 했다.

이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 'Composites Part B: Engineering'에 게재됐다.
제1저자로는 이지현(한양대 석사·박사통합과정), 김동연(KAIST 박사과정), 이용균(아주대 석사과정) 학생이, 공동 교신저자로는 윤 교수와 윤 수석연구원이 참여했다.

윤 교수는 "이번 연구는 외부 전력이나 물 공급 없이도 작동 가능한 자립형 에너지하베스팅 시스템의 실현 가능성을 보여준다"며 "향후 재난 현장이나 에너지 접근성이 낮은 지역에서 새로운 대안이 될 수 있길 기대한다"고 말했다.

윤 수석연구원은 "극한 기후나 인프라가 부족한 지역에서도 손쉽게 전기를 얻을 수 있는 기술적 기반을 마련한 것"이며 "탄소중립 사회를 향한 지속 가능한 에너지 기술의 실질적 기여로 이어지길 바란다"고 전했다.