아주대 연구진, 차세대 전자·에너지 소재 개발

[이데일리 신하영 기자] 아주대 연구진이 고분자의 전기 전도도를 극대화하는 혼합용매 도핑 공정을 개발했다. 이를 통해 도핑된 고분자 소재는 웨어러블 전자기기나 자가 발전, 독립전원에 적용되는 차세대 전자·에너지 소재로 활용될 수 있다.

사진=아주대 제공

아주대는 김종현(사진) 응용화학생명공학과 연구팀이 이러한 연구성과를 얻었다고 19일 밝혔다. 이번 연구에는 곽상규 고려대 교수(화공생명공학과), 김봉기 건국대 교수(화학공학부), 최현호 경상국립대 교수(나노·신소재공학부 고분자공학전공) 연구팀이 참여했다. 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지(Joule) 10월 18일자에 게재됐다.

광에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지는 오랜 연구 끝에 상용화됐다. 최근에는 일상에서 버려지는 열에너지를 전기에너지로 변환, 활용하는 열·전 에너지 변환 기술에 대한 관심이 커지고 있다. 일례로 사람의 몸에서 나오는 열에너지를 전기에너지로 활용하기 위해 입고 다니는 옷에 도핑된 소재를 접목하면 이동 중에 스마트폰 등 전자기기 충전이 가능하다. 인체나 옷에 붙여서 활용할 수 있는 웨어러블 기기에도 적용할 수 있다.

특히 최근에는 열에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 ‘열·전 에너지 변환 소재’로써 공액 고분자에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 공액 고분자는 전기가 흐를 수 있는 고분자 소재이며, 기존 반도체·금속 전극 등을 대체할 차세대 핵심 소재로 주목받고 있다.

연구팀은 고분자의 전기 전도도를 극대화할 수 있는 혼합용매 도핑 공정을 개발했다. 분자 도핑은 도판트(반도체 소재의 전하밀도를 증폭시키기 위해 첨가하는 소재) 분자가 고분자 박막 내부로 침투하면서 이뤄지는데 연구팀은 도판트가 효과적으로 침투할 공액 고분자를 설계·합성하는 데 성공했다. 새로운 도핑 기술을 고분자에 적용, 세계 수준의 전기 전도도와 열·전 변환 파워팩터를 동시에 구현한 것이다.

김종현 아주대 교수는 “우리 몸의 체온과 공장의 여러 공정 및 자동차 엔진에서 발생하는 열 등 열·전 변환 소자가 활용할 수 있는 열원의 범위는 매우 다양하다”며 “이러한 열원을 활용하면 크고 작은 전기 에너지를 얻을 수 있다”고 설명했다. 김 교수는 이어 “이번에 개발한 혼합 용매 도핑 공정은 방법이 매우 간단하면서도 고분자의 전기 전도도와 열전 에너지 변환 출력, 안정성 등을 동시에 최적화할 혁신 기술”이라며 “웨어러블 기기의 전극 소재 등 고출력 유기 열전 소자 개발에 널리 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.