고려대학교 신소재공학부 송현철 교수 연구팀이 전력선 주변에 형성되는 저강도 자기장을 활용해 전력을 생산하고, 이를 통해 배터리 없이 블루투스 센서를 실시간 구동할 수 있는 신기술을 개발했다.

이 연구 성과는 에너지 소재 분야의 국제 학술지 'Advanced Energy Materials(IF 24.4, JCR 상위 2.92%)'에 1일(화) 표지 논문으로 게재됐다.

연구팀은 자기장을 기계적 진동으로 전환하고, 이를 다시 전기 에너지로 변환할 수 있는 새로운 개념의 복합 소재 기반 '자기-기계-마찰(Magneto-Mechano-Triboelectric, MMTe) 에너지 하베스터'를 개발했다. 특히, 자기장에 반응해 형태가 변하는 '준고체 자기유변 복합필름'을 개발해, 기존 희토류 기반 소재가 가진 높은 비용과 부식 문제를 해결했다.

해당 필름은 4 오에르스테드(Oe) 수준의 매우 약한 자기장에서도 약 1 밀리미터(mm)의 굽힘 변형을 유도해 안정적인 전력 생산이 가능하다. 실제로 모듈 하나당 3.57 밀리와트(mW), 네 개의 모듈을 연결할 경우 최대 14.28 밀리와트(mW)까지 출력할 수 있으며, 이를 통해 블루투스 기반 IoT 센서를 배터리 없이 실시간으로 구동하는 데 성공했다.

또한 연구팀은 마찰 전기 성능 향상을 위해 이황화몰리브덴-이산화규소(MoS₂-SiO₂) 코어–셸 나노 입자와 사마륨(Sm)이 도핑된 강유전체 물질 PMN-PT를 필름에 적용했다. 이를 통해 고습 환경에서도 전하 손실 없이 안정적인 에너지 수확이 가능해졌으며, 실제 전력선 주변 자기장을 활용해 무선 데이터 전송이 가능한 IoT 센서 시스템을 구현했다.

고려대 송현철 교수는 "이번 연구는 일상에서 버려지던 자기장으로 전력을 생산하고, 이를 바탕으로 저전력 IoT 기기를 구동할 수 있음을 실증한 것"이라며 "향후 스마트홈, 산업 설비, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 배터리 없는 자가 발전형 센서 시스템으로의 활용이 기대된다"고 밝혔다.

한편, 이 연구는 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.