고려대 화학과 윤효재 교수 연구팀이 별도의 가공 없이도 나뭇잎에서 전기를 생성할 수 있는 원리를 밝혀내고, 이를 통해 기존 인공 소재보다 뛰어난 열전 성능을 구현하는 데 성공했다.

본 연구 성과는 재료과학 분야의 국제적인 학술지 'Advanced Materials' 온라인에 지난 26일(토) 게재됐다.

오랜 시간 동안 나뭇잎은 광합성과 기체 교환의 매개체로 인식돼 왔다. 그러나 윤효재 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 식물이 고성능 에너지 변환 소자 역할을 할 수 있음을 입증했다.

연구팀은 식물 조직 내 수분과 이온이 온도 차이에 따라 이동하면서 전압 차이를 만들어내는 '이온 제벡 효과(ionic Seebeck effect)'가 실제로 작동한다는 사실을 규명했다. 특히, 잎을 부분적으로 건조할 경우, 표면에 전기적 유전체층이 형성돼 이 효과가 획기적으로 증폭되는 것으로 나타났다.

연구팀은 이온 제벡 효과가 건조된 잎에서만 작동하는 것이 아니라, 살아 있는 잎에서도 전기 생성이 가능하다는 점을 확인했다. 연구팀은 실제 생잎에 전극을 부착하고 빛을 비췄을 때, 안정적인 전압이 반복적으로 발생하며, 이러한 에너지 변환 과정에서도 잎의 생리적 기능에는 영향을 주지 않는다는 사실을 함께 밝혀냈다.

제1저자인 강훈구 연구원은 "나뭇잎이 스스로 열을 받아 전기를 만드는 '살아있는 열전 소자'로 작동할 수 있다는 점은 지금까지 주목받지 않았던 식물의 새로운 기능"이라며, "본 연구는 화학, 생물학, 에너지 과학을 잇는 융합적 연구 패러다임을 보여준다"라고 말했다.

이번 연구는 자연 상태의 식물을 활용할 수 있다는 점에서 지속가능성 측면에서도 높은 가치를 지닌다. 아울러 식물의 상태 변화를 실시간으로 감지할 수 있어, 향후 기후 변화 대응이나 생장 모니터링 등 환경/농업 분야에서의 폭넓은 응용도 기대된다.

한편, 본 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.