체온으로 전자기기를 켤 수 있는 기술이 개발돼 향후 웨어러블 기기 및 사물인터넷 센서의 사용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대가 모아진다.

울산과학기술원(UNIST) 장성연 교수 연구팀이 체온만으로 AA 건전지 수준의 전압을 생성할 수 있는 고성능 n형 고체 열갈바닉 전지를 세계 최초로 개발했다고 20일 밝혔다.

이 기술은 배터리 없이 작동하는 웨어러블 기기 및 사물인터넷(IoT) 센서의 상용화를 앞당길 수 있는 획기적인 성과로, 영국왕립화학회(RSC) 학술지 ‘Energy & Environmental Science’에 7월7일자로 게재됐다.

열갈바닉 전지는 인체의 체온(약 36℃)과 주변 공기(20∼25℃) 사이의 미세한 온도차를 활용해 전기를 생산하는 소형 발전기다.

기존 기술은 출력이 낮아 실제 전자기기 구동이 어려웠지만, UNIST 연구팀은 고체 전해질의 이온 통로를 정교하게 설계해 전류를 크게 향상시켰다.

이로 인해 전압과 전류를 동시에 확보하며 실질적인 전력 공급이 가능해졌다.

특히, 개발된 전지는 전도성 고분자 ‘PEDOT:PSS’와 Fe(ClO₄)₂/₃ 산화·환원 쌍을 기반으로 한다.

고분자 사슬 내 음전하 황산기(SO₃⁻)와 양이온(Fe²⁺/Fe³⁺) 간의 정전기적 결합은 구조 안정성을 높이고, 음이온(ClO₄⁻)은 자유롭게 이동할 수 있는 경로를 제공해 전지 성능을 극대화했다.

연구팀은 이 전지를 100개 직렬로 연결해 약 1.5V의 전압을 구현했으며, 이는 일반 AA 건전지와 유사한 수준이다.

셀 16개만으로도 LED 조명, 전자시계, 온습도 센서 등 다양한 전자기기를 실제로 작동시킬 수 있다.

단위 셀의 제백 계수는 –40.05mV/K로 기존 n형 소재 대비 최대 5배 향상됐으며, 50회 이상 충·방전 반복에도 동일한 출력을 유지해 내구성도 입증됐다.

장성연 교수는 “저온 폐열을 활용한 플렉서블 열전 변환 소자 개발 분야에서 새로운 전기를 마련한 연구”라며 “웨어러블 기기나 자율형 IoT 기기에 전원을 공급하는 자가발전형 시스템의 기반이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행됐다.