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배터리 필요없는 IoT 무선 센서용 독립전원기술 개발

자기장 노이즈 활용해 전기에너지로 변환

[산업일보]
모든 사물이 연결돼 실시간으로 정보를 주고 받는 사물 인터넷(IoT)기술은 4차 산업의 핵심기술로 주목 받고 있다. 이중 하드웨어적인 면에서 무선으로 정보를 주고 받는 무선 센서 네트워크 기술의 발전이 뒷받침 돼야 하고, 이의 광범위한 적용을 위해서 자율적으로 전원을 발생시켜 센서 구동 및 무선 통신을 할 수 있는 자율 독립 전원의 필요성이 급속히 대두되고 있다. 현재의 기술로는 배터리를 사용하고 있으나 배터리는 사용시간에 한계가 있기 때문에 무선 센서 네트워크를 설치한 후에도 지속적으로 사람이 각 센서 노드의 전력상태를 관리해야 하는 문제가 있다.

일상에서 활용되지 않고 버려지는 각종 에너지원(온도, 태양광, 진동, 음파, 전자기파, 표유 자기장 등)을 활용 가능한 형태의 전기에너지로 변환 시키는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 기술은 IoT 무선 센서 네트워크 구동을 위한 자율 독립 전원 기술의 요소기술로 주목받고 있다.

이중 자기장 노이즈는 전기를 사용하는 모든 기계, 시설, 전자제품에서 필수적으로 발생하지만, 자기장의 크기가 수 가우스 이하로 전선 코일과 자성체 코어로 구성된 전자기 유도 소자들을 통해서는 효율적으로 전력변환이 되지 않고, 크기와 무게 때문에 장착 환경에 제한이 있다.@>@

류정호 교수(영남대학교) 연구팀이 인체에 유해한 것으로만 인식돼져 왔던 자기장 노이즈를 활용해 전기에너지로 변환하는 기술을 개발했다. 이는 4차산업혁명 핵심기술인 사물인터넷(IoT) 무선센서 네트워크의 자율 독립전원으로 상용화가 가능한 수준이라고 과학 기술정보통신부(이하 ‘과기정통부’)는 밝혔다.

전력선, 전자기기 등에서 발생하는 불필요한 전자기 신호. 전기가 흐르는 도체 주변에는 항상 자기장 노이즈가 발생하는데 기존의 배터리를 사용하는 대신 자체적으로 전기에너지를 발전시켜, 배터리 교체가 필요없이 반영구적으로 사용가능한 전원기술이다.

류정호 교수 연구팀은 미세한 자기장변화에 따라 늘어나거나 줄어드는 금속소재(자왜금속소재(Ga-Fe 합금))와 변형이 생기면 전기에너지를 발생시키는 압전소재를 결합해, 일상의 자기장 변화를 전기에너지로 변환시키는 기술을 개발했다.

압전소재와 자왜금속소재의 결정방향에 따라 그 특성이 달라지는 원리를 활용해 자기장에 가장 민감하게 변화하는 결정방향으로 두 소재를 제작한 뒤, 이 두 소재를 하이브리드 인터페이스 결합기술로 에너지 변환 소자를 설계했다. 그리고 IoT 무선 센서를 배터리 없이 지속적으로 구동하기에 충분한 수준인 mW 이상의 직류 전력을 발생시키는데 성공했다.

하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단 김광호 단장과 영남대 류정호 교수는 “관련 기술에 대해 국내, 미국, 유럽, 일본, 중국에 특허권리를 확보했다”며 “지금까지 배터리를 사용해서 동작시키던 무선 센서 네트워크를 배터리 없이 반영구적으로 구동할 수 있을 수준에 도달했기 때문에, 미래 4차 산업용 무선 센서 네트워크의 자율 독립전원으로 광범위한 활용이 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다.

한편 이번 연구성과는 과기정통부 글로벌프런티어사업을 중심으로, 창의형 융합연구사업, 재료연구소 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.
신상식 기자 scs9192@kidd.co.kr

반갑습니다. 신상식 기자입니다. 정부정책과 화학, 기계 분야를 담당하고 있습니다. 빠른 속보로 여러분들을 찾아뵙겠습니다.

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