[DGIST소식] 전기 생산 효율 4배 높인 차세대 '고분자 전해질' 기술 개발

■ 전기 생산 효율 4배 높인 차세대 '고분자 전해질' 기술 개발

■ FIX 2025에서 3대 미래전략분야 선보여

왼쪽부터 DGIST 이주혁 교수, 주현서 박사과정생, 금오공과대학교 이원호 교수, 박수진 석사과정생. ⓒ DGIST

[프라임경제] DGIST(총장 이건우) 에너지공학과 이주혁 교수팀이 금오공과대학교 이원호 교수팀과의 공동연구를 통해, 마찰대전 발전 소재의 핵심 성질인 '극성(極性)'을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 설계 전략을 세계 최초로 제시했다. 

이 연구는 고분자 전해질(polymer electrolytes)을 활용해 극성 방향을 구조적으로 조절하고, 장기 내구성까지 향상시킨 것이 핵심이다.

마찰대전 발전 기술은 마찰을 통해 전기를 만들어내는 방식으로, 배터리 없이도 전력을 생산할 수 있어 주목받고 있다. 하지만 기존의 이온성 액체 기반 소재는 누액, 환경 불안정성, 내구성 저하 등으로 인해 상용화에 어려움이 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 이온이 고분자 사슬에 고정된 '고분자 전해질'을 설계하고, 이 소재를 활용해 마찰대전 극성을 원하는 방향으로 조절할 수 있는 플랫폼 개념을 새롭게 제안했다. 이로써 출력 향상뿐만 아니라 소재 설계의 유연성까지 확보하게 됐다.

실제로 연구팀은 양이온성과 음이온성을 가지는 다양한 고분자 전해질을 합성해 성능을 비교 분석했다. 

그 결과, 양이온 고분자인 P(MA-A⁺20)TFSI⁻는 기존 소재(PMA)보다 약 2배 향상된 83V의 출력을 기록했고, 음이온 고분자인 P(S-S⁻10)Na⁺는 기존 소재(PS) 대비 4배 높은 34V의 출력을 보였다. 

이 실험을 통해 고분자 구조에 따라 마찰대전 극성(양극성/음극성)을 조절할 수 있고, 이온 조성비를 통해 출력 성능도 조정 가능함을 입증했다.

또한, 고분자 사슬에 이온이 고정된 구조 덕분에 불필요한 이온 이동으로 인한 전하 손실이 줄어들고, 60℃ 고온 환경에서도 일주일 이상 출력 저하 없이 안정적으로 작동하는 우수한 열적 안정성을 확보했다. 반면, 기존 방식인 고분자-이온성 액체 혼합물은 같은 조건에서 약 27%의 출력 감소를 보여 고분자 전해질 기반 소재의 우수성이 입증됐다.

DGIST 이주혁 교수는 "이번 연구는 단순한 성능 향상을 넘어, 고분자 구조를 설계함으로써 마찰대전 극성 자체를 조절할 수 있는 개념을 제시한 데 의의가 있다"며 "향후 차세대 에너지 하베스팅 소자 설계에 새로운 방향성을 제시할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 '나노미래소재원천기술개발사업'의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과 공동 제1저자: DGIST 주현서 박사(연구 당시 박사과정), 금오공대 박수진 연구원(연구 당시 석사과정)는 재료과학 분야 세계적 권위지인 Advanced Materials(IF: 27.4)에 10월 표지논문으로 게재됐다.

■ FIX 2025에서 3대 미래전략분야 선보여

피지컬 AI·휴먼 디지털 트윈·퀀텀 센싱 집중 공개

DGIST가 'FIX 2025'에서 기관의 플래그십 연구분야인 △피지컬 AI(Physical AI) △휴먼 디지털 트윈(Human Digital Twin) △퀀텀 센싱(Quantum Sensing) 등 3대 미래전략분야를 선보인다. 

DGIST가 'FIX 2025'에서 기관의 플래그십 연구분야인 피지컬 AI, 휴먼 디지털 트윈, 퀀텀 센싱 등 3대 미래전략분야를 선보인다. ⓒ DGIST

DGIST는 약 1년간 미래전략분야발굴위원회를 운영하며 국내외 기술 동향, 기관 인프라, 지역 산업 연계 가능성 등을 종합적으로 검토해 이들 분야를 선정했으며, 이번 전시를 통해 미래 혁신을 선도하는 기관의 비전을 공유할 예정이다.

이번 전시에서는 DGIST의 핵심 연구성과와 우수 창업기업 성과도 함께 공개된다. 

로봇및기계전자공학과의 자연 모사 로봇과 모빌리티 기술, 미래모빌리티연구부의 THz 비파괴 검사 시스템과 엣지 디바이스 영상 분석 시스템, 센소리움연구소의 D-FAB(8인치 MEMS Foundry) 모형 전시물 및 센서 소자 웨이퍼, 차세대반도체융합연구소의 MPW 웨이퍼 등이 전시됐다. 

또한 팀로보틱스, 엔사이드, 유니바 등 창업기업은 착용형 로봇, 성대질환 진단기, AI 학습데이터 솔루션을 선보이며 연구성과의 사업화 가능성을 제시할 예정이다.

행사 기간에는 기업을 대상으로 한 온라인 기술상담회가 열려 기술이전, 연구장비 활용, 창업 지원 등 맞춤형 상담을 제공한다. 더불어 3대 미래전략분야와 DGIST의 세계대학랭킹 성과를 소개하며 참관객들과 소통을 확대할 예정이다.

이건우 총장은 "이번 FIX 2025를 통해 DGIST가 집중하는 미래전략분야를 국내외 산업계와 공유할 수 있어 의미가 크다"며 "연구개발뿐 아니라 인재 양성, 기술사업화, 산업 생태계 조성을 아우르는 혁신의 거점으로 자리매김해 대구와 대한민국을 대표하는 글로벌 연구 허브가 되겠다"고 말했다.

한편, FIX 2025는 대구시가 주관하는 글로벌 혁신 전시회로, 최신 기술과 신산업 트렌드를 한눈에 확인할 수 있어 '한국판 CES'로 불린다. DGIST는 이번 전시를 통해 지역 혁신 허브와 글로벌캠퍼스, UAM 시범사업 등 미래 비전도 함께 소개하며 산업계와의 협력 네트워크를 강화했다.