"체온으로 전기 만들어 기기 작동" UNIST 새 전지 개발

🔋웨어러블 기기의 미래, 내 몸에서 시작된다.

전기를 만들기 위해 발전소나 배터리가 꼭 필요할까요? 울산과학기술원(UNIST)의 연구진은 이 질문에 “아니요, 당신의 체온만으로도 충분합니다”라고 답했습니다.

최근 UNIST 장성연 교수팀은 사람의 체온만으로 AA 건전지 수준의 전압을 만들어 실제 전자기기를 작동시킬 수 있는 n형 고체 열갈바닉 전지를 세계 최초로 개발했습니다.

 

이 획기적인 기술은 웨어러블 기기, 자율형 IoT 센서, 의료 모니터링 장치 등 다양한 분야에서 전원 공급의 패러다임을 바꿀 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다.

 

🌡️ 체온으로 전기를 만든다고?

이 기술의 핵심은 열갈바닉 전지(Thermogalvanic Cell)입니다. 이 전지는 사람의 체온(약 36.5℃)과 주변 공기 온도(약 20~25℃) 사이의 미세한 온도 차를 이용해 전기를 생성합니다. 기존 열전소자들은 이 온도 차가 너무 작아 실질적인 전력 생산이 어려웠지만, UNIST 연구팀은 이를 극복했습니다.

 

🔬 기술 원리 요약

• 온도 차 → 이온 이동 → 전압 생성
• 고체 전해질 내부의 이온 통로를 최적화하여 전류 흐름을 개선
• 열 확산 효과를 활용해 추가적인 전압 상승 유도

이러한 설계 덕분에, 전지 100개를 직렬로 연결하면 약 1.5V, 즉 일반 AA 건전지 수준의 전압을 얻을 수 있습니다. 16개만 연결해도 LED 조명, 전자시계, 온습도 센서 등을 실제로 작동시킬 수 있을 정도의 출력이 확보됩니다.

 

🧪 연구 성과의 핵심

장성연 교수팀은 기존 고체형 열갈바닉 전지의 한계를 극복하기 위해 전해질 구조를 새롭게 설계했습니다. 고체 전해질은 누액 위험이 없다는 장점이 있지만, 이온 이동이 제한되어 전류가 부족한 단점이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 다음과 같은 접근을 했습니다.

 

• PEDOT:PSS 고분자와 Fe(ClO₄)₂/₃ 산화·환원 쌍을 활용
• 고분자 사슬의 음전하와 양이온의 정전기적 결합으로 구조적 안정성 확보
• 음이온은 자유롭게 이동할 수 있는 경로 형성

이 결과, 단위 셀의 제백 계수(Seebeck coefficient)는 –40.05 mV/K로 기존 n형 대비 최대 5배 향상되었으며, 50회 이상 충전·방전 반복 실험에서도 출력 안정성을 유지했습니다.

 

🧥 웨어러블 기기의 미래를 바꾸다

이 기술이 가장 주목받는 이유는 바로 웨어러블 기기와 IoT 센서의 자가발전 가능성입니다. 지금까지는 스마트워치, 헬스 밴드, 센서 등 대부분의 웨어러블 기기가 배터리 교체나 충전이 필요했습니다. 하지만 체온 기반 전지가 상용화된다면 다음과 같은 변화가 기대됩니다:

 

✅ 기대 효과

• 배터리 없는 웨어러블 기기 실현
• 자가발전형 IoT 센서로 유지보수 비용 절감
• 의료 모니터링 장치의 지속적 작동 가능
• 환경 친화적 에너지 시스템 구축

장 교수는 “저온 폐열을 활용한 플렉시블 열전 변환 소자 개발 분야에서 새로운 전기를 마련한 연구”라며, “웨어러블 기기나 자율형 IoT 기기에 전원을 공급하는 자가발전형 시스템의 기반이 될 수 있다”라고 밝혔습니다.

 

🧠 기술적 도전과 향후 과제

물론 이 기술이 상용화되기까지는 몇 가지 과제가 남아 있습니다.

 

⚠️ 기술적 과제

• 소형화 및 유연성 확보: 피부에 밀착되는 형태로 제작되어야 함
• 출력 안정성 향상: 다양한 환경에서도 일정한 전력 공급 필요
• 대량 생산 및 비용 절감: 상용화를 위한 제조 공정 개발

하지만 이번 연구는 이미 국제 학술지 Energy & Environmental Science에 게재되었으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 진행된 만큼, 향후 상용화 가능성도 매우 높습니다.

 

✨ 마무리하며...

UNIST의 이번 연구는 단순한 기술 개발을 넘어, 에너지 자립형 사회로의 전환을 상징합니다. 내 몸에서 나오는 열이 전기가 되고, 그 전기가 기기를 작동시키는 시대. 더 이상 충전기를 찾지 않아도 되는 미래가 성큼 다가오고 있습니다.

웨어러블 기술의 진화, IoT의 확장, 그리고 지속 가능한 에너지의 실현. 그 중심에, 우리의 체온이 있습니다.